03_Accesorios perforacion rotopercutiva

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Capítulo 3
ACCESORIOS DE PERFORACION ROTOPERCUTIVA
1. INTRODUCCION
Para realizar un trabajo de perforación específico
pueden elegirse diversas combinaciones de acceso-
rios. Los factores que hay que considerar en la selec-
ción de sus componentes son: diámetro de los barre-
nos y longitudes, estructura, resistencia y abrasividad
de las rocas, tamaño y potencia de la perforadora,
experiencias anteriores y facilidades de suministro.
La sarta de perforación está constituida general-
mente por los siguientes elementos: adaptadores de
culata (1), manguitos (2), varillas de extensión (3) y
bocas (4). Fig. 3.1.
Los aceros empleados en la fabricación de estas
herramientas deben ser resistentes a la fatiga, a la
flexión, a los impactos y al desgaste en las roscas y
culatas.
~ -J
~ ~~~~~
2
Lo ideal es usar aceros con un núcleo no muy duro y
una superficie endurecida y resistente al desgaste.
Esta estructura se consigue en la práctica de dos for-
mas:
a) Aceros con alto contenido en carbono. Como el
empleado en las barrenas integrales. La dureza
deseada se consigue controlando la temperatura
en el proceso de fabricación. La parte de la culata
se trata por separado para conseguir una alta re-
sistencia a los impactos.
b) Aceros de bajo contenido en carbono. Usados en
varillas, adaptadores, manguitos y bocas. Son
aceros que contienen pequeñas cantidades de
cromo o níquel, manganeso y molibdeno.
Los tratamientos a los que sé someten los aceros
suelen ser:
2
~:~ [~;~~~
1L-~~O
3 4
3
Figura 3.1. Sarta de perforación.
- Endurecimiento superficial HF (Alta Frecuencia).
Calentamiento rápido hasta 900°C y enfriamiento
brusco en agua. Se obtiene una alta resistencia a la
fatiga y se aplica en varillas, manguitos y algunas
bocas.
- Carburación. Aumento del contenido de carbono
en la superficie del acero introduciendo las piezas
durante algunas horas en un horno con una at-
mósfera gaseosa rica en carQono y a una tempera-
tura de 925°C. Se usa en las varillas y culatas para
conseguir una alta resistencia al desgaste.
- Bombardeo con perdigones de acero para au-
mentar la resistencia a la fatiga en los materiales no
sometidos a los tratamientos anteriores.
- Protección frente a la corrosión, mediante fosfata-
ción y aplicación de una fina capa de acero.
En cuanto al metal duro de los botones e insertos de
las bocas, se fabrica a partir de carburo de tungsteno y
cobalto por técnicas de polvometalotecnia. Este mate-
rial se caracteriza por su alta resistencia al desgaste y
tenacidad, y pueden conseguirse diferentes combina-
ciones variando el contenido en cobalto, entre un 6 y
un 12%, y el tamaño de los granos del carburo de
tungsteno.
La unión entre el acero y el metal duro se puede
hacer con soldadura en las bocas de insertos y por
contracción o presión en el caso de las bocas de boto-
nes.
57
Foto 3.1. Accesorios de perforación (Cortesia de Kometa).
2. TIPOS DE ROSCAS Las características que determinan si las varillas son
fácilmente desacoplables o no son: el áO9,ulodel perfil
y el paso de rosca. Un paso mayor junto a un ángulo de
perfil menor hará que la rosca sea fácil de desacoplar,
comparando roscas de un mismo diámetro.
Las roscas tienen como función unir las culatas, los
manguitos, las varillas y las bocas durante la perfora-
ción. El ajuste debe ser eficiente para que los elemen-
tos de la sarta se mantengan bien unidos en el fin de
conseguir una transmisión directa de energía. Sin
embargo, el apriete no debe ser excesivo pues difi-
cultaría el desacoplamiento del conjunto de varillas
cuando éstas fueran retiradas del barreno.
Los principales tipos de rosca son:
Rosca R. (Soga). Se usa en barrenos pequeños
con varillas de 22 a 38 mm y perforadoras poten-
tes de rotación independiente con barrido de aire.
'¡'
~ T R C GD
PAR DE APRIETE
Figura 3.2. Tipos de roscas (Atlas Capeo).
58
Tiene un paso corto de 12,7 mm y un ángulo de
perfil grande.
- Rosca T. Es adecuada para casi todas las condi-
ciones de perforación y se usa en diámetros de
varillas de 38 a 51 mm. Tiene un paso mayor y un
ángulo de perfil menor que hace más fácil el desa-
coplamiento que con la rosca R, y además uno de
los flancos presenta un gran volumen de desgaste
que le proporciona una gran duración.
- Rosca C. Se usa en equipos con varillas grandes de
51 y 57 mm. Tiene un paso grande y ángulo de perfil
semejante al de la rosca anterior.
- Rosca GD o HI. Tiene unas características interme-
dias entre la rosca R y la T. Posee un diseño de per-
fil asimétrico denominado de diente de sierra y se
usa en diámetros de 25 a 57 mm.
~
....
Figura 3.3. Perfiles de las roscas R, T, e y GD.
Cuando se perforan ciertas rocas blandas las roscas
pueden tener una longitud doble, de esta forma cuando
se gesgasta el primer tramo se corta y se continúa tra-
bajando con el segundo.
También existen roscas especiales, como la rosca en
espiral a todo lo largo de la varilla. También presentan la
ventaja de mayor aprovechamiento, al irse cortando los
tramos gastados, pero el inconveniente de no trabajar
con longitudes estándar. Los diámetros de estas varillas
disponibles son 32, 38 Y 45 mm.
3. ADAPTADORES
Los adaptadores de culata o espigas son aquellos
elementos que se fijan a las perforadoras para transmitir
la energía de impacto, la rotación del varillaje y el em-
puje.
Básicamente, existen dos tipos de adaptadores, Fig.
3.4. 1) De arrastre Leyner y 2) Adaptadores estriados.
- L d h~~ 1ill
ADAPTADOR LEYNER
~0J
~~
~~ bS~=1 I rn
ADAPT ADORES ESTRIADOS
Figura 3.4. Adaptadores de culata
El primer tipo es usado con varillas de 25 y 32 mm,
mientras que los adaptadores de estrías se emplean
con diámetros de 38, 44 Y50 mm, con martillos de rota-
ción independiente y teniendo entre 4 y 8 estrías. En las
modernas perforadoras con una potencia de impacto de,
al menos, 18 kW los adaptadores se diseñan sin cola -
zona delgada detrás de las estrías -,reforzándose así la
superficie de impacto.
El sistema de barrido puede ser central, en cuyo caso
los adaptadores disponen de una empaquetadura o
sello interior que es el elemento que entra en contacto
con la aguja de soplado, o lateral, Fig. 3.5, teniendo
entonces un orificio entre las estrías y la rosca por el
que entra el fluido de barrido a través de un dispositivo
con empaquetaduras adosado concéntricamente con
el adaptador.
Figura 3.5. Adaptador con barrido lateral.
Otro diseño, como se ve en el siguiente epígrafe,
consiste en las varillas que poseen en un extremo una
culata. Fig. 3.6. Se usa en las perforadoras manuales o
con los martillos más pequeños en diámetros de 19, 22
Y 25 mm con sección transversal hexagonal.
1: ~ l2 r~~i~~
Figura 3.6 Varilla con culata.
59
4. VARILLAJE
Los elementos de prolongación de la sarta son ge-
neralmente,
- Varillas o barras.
- Tubos.
Las primeras son las que se utilizan cuando se per-
fora con martillo en cabeza y pueden tener sección
hexagonal o redonda. Las varillas tienen roscas exter-
nas macho y son acopladas por manguitos.
c::;]
a) HEXAGONAL
~
¡¡,';;: ; nCJ
b) REDONDA
C)~
Y.JJJJJJJU0J1J1 c:J
c) ROSCADOBLE
c:J JiJJJJ/JJJ!i!JJJ!Jl!J
~
d) LIGERA
~
t_LICJ
.) CON ACOPLAMIENTO INTEGRADO CJ1I::J
CJI] 'LI~"" ":1I ,,"'"
f)VARILLA PARA TUNELES y GALERIAS
~
g)BARRENA INTEGRAL ROSCADA
Q
~
h) ROSCADA CON CULATA
fJ1IXJ
~~
¡)CONICA CON CULATA
~
j) INTEGRAL CON CULATA
~--_u u
k) INTEGRAL CON BOCA DE TRES INSERTOS
~
;d
---~
~~~~:~::::¡;;;;;;~
1) REDONDA CONTINUA
Figura 3,7 Tipos de varillas.
Las varillas de extensión de sección completa hexa-
gonal a) o redonda b) (Fig. 3.7) tienen la misma dimen-
sión en el centro de la varilla que en las roscas, En las
primeras el hexágono circunscribe al círculo que corres-
ponde a las similares de sección redonda, por lo que
son más rígidas y también un poco más pesadas,
Cuando las condiciones de perforación son tales
que las vidas de las varillas dependen sólo del desgaste
de las roscas, se emplean varillas con roscas dobles c).
Así, cuando se gasta la primera parte de la rosca, éstase corta y se puede entonces seguir perforando con la
segunda parte.
Las varillas de extensión ligeras d) tienen secciones
tran)3versales, normalmente hexagonales, menores
que las de la rosca, La designación de este tipo de
varillas se refiere a las dimensiones de las roscas.
60
Recientemente, han aparecido en el mercado las va-
rillas de acoplamiento integrado e), que permiten una
manipulación más sencilla, eliminan el uso de mangui-
tos, la transmisión de energía es mejor, los barrenos
son más rectos y la operación más segura. El precio de
estas varillas es equivalente al de una convencional
más un manguito, pero presentan el inconveniente de
que en caso de rotura en las uniones se utilizan.
Dentro del varillaje para túneles y galerias se dispone
de diversos tipos entre los que destacan: las varillas de
extensión ligera f) uno de cuyos extremos tiene rosca
de mayor diámetro que el de la sección central de la
misma. La dimensión con la que se designan se refiere
al tamaño de la rosca en el extremo de la culata.
Las barrenas integrales rascadas g) de sección he-
xagonal que disponen de boca de insertos en un ex-
tremo y rosca en el opuesto. Las varillas rascadas con
culata h) tienen una culata hexagonal en un lado y
rosca en el otro y las varillas cónicas con culata i).
Por último está el grupo de las barrenas integrales
con culata (Fig. 3.8), que a su vez se subdividen según
la forma de la boca y forma de los insertos,
Las barrenas integrales están ordenadas en series,
donde el diámetro del inserto disminuye conforme
aumenta la longitud de las mismas. Los principales
tipos son:
- Barrenas de tipo cincel. Son las más usadas y se
caracterizan por su fácil afilado y bajo coste.
- Barrenas de insertos múltiples. Se usan en la per-
foración mecanizada de rocas blandas y fisuradas.
- Barrenas de botones. Se emplean en rocas poco
abrasivas de fácil penetración, como por ejemplo el
carbón.
- Barrenas para trabajos en mármol. Disponen de
cuatro insertos y canales especiales para evacuar
los detritus.
En la perforación a cielo abierto, generalmente, las
varillas hexagonales se usan con equipos ligeros y cam-
bio manual, mientras que las de sección redonda se uti-
lizan cuando las perforadoras disponen de cambiadores
En la Tabla 3.1. se indican los diámetros disponibles y
longitudes estándar de las varillas más comunes.
TABLA 3.1
Por otro lado, en la Tabla 3.2. se recogen los diáme-
tros del varillaje y longitudes máximas perforadas para
barrenos de diferente sección.
TIPO DEVARILLA DIAMETROS LONGITUDES
DISPONIBLES(mm) DISPONIBLES(mm)
Hexagonal, normal 25,28,32,38 3050,3660
Redonda, normal 32,38,45,51 3050,3660,6100
Redonda, MF 32,38,4551 3050,3660,6100
A
B
B.
B2
B3
e
D
E
F
G
H
K
Barra
Boca
Anchura de la boca
Anchura de la plaquita
Anchura del filo
Collar
Diámetro de la boca
Culata
Marca
Marca de la fecha
Altura de la plaquita
Capucha de plástico (para barrenas standard, capucha
amarilla para barrenas especiales, capucha roja)
Longitud efectiva
Marca que indica el diámetro de la boca
Radio del filo
Angula de holgura
Angula del filo
~
G'/11:J
LA
L
M
R
Q
{3
e
'1 I
I '
I !
EI
-1
! IK
Figura 3,8, Barrenas integrales (Sandvik-Coromant),
TABLA 3.2
Con la aplicación de las perforadoras hidráuliéas con
martilloen cabeza a la perforación de barrenos de gran-
des diámetros, superiores a los 115 mm, se han diseña-
do recientemente unos tubos de perforación semejantes
a los que se emplean en los trabajos con martillos en
fondo.
Las principales ventajas de este varillaje tubular son:
.'
1 ~
.~.~ ':~ "~ "
Mayor rigidez. Se reducen las desviaciones y las
paredes irregulares de los barrenos al tener unos
diámetros mayores (76 a 165 mm).
Mejortransmisión de la energía al no ser preciso el
uso de manguitos.
Barrido más eficiente al mejorar la velocidad del
aire en el espacio anular y al poder aumentar la
cantidad de aire bombeado.
1.
2.
3.
Figura 3.9. Tubos de perforación (Tamrock).
61
Till
a
K M
F-ml lB+§I
'' B,
D
DIAMETRODE DIAMETROS LONGITUDMAXIMA
VARILLA DE BOCAS(mm) DE BARRENO
(mm) (pulg) RECOMENDADA(m)
25 1 38/41/45/51 6... 8
28 1 1/8 38/41/45/51 8 n. 10
32 1 1/4 48/51/57/64/76 12 n. 15
38 1 1/2 64/70/76/89/102 15... 18
45 1 3/4 76/89/102/115 18 n. 22
51 2 89/102/115/127 25... 28
En la Fig. 3.10 se indican los diámetros de los tubos
que se recomiendan en función del tamaño de los barre-
nos.
I~a~~a,::mI I 121100mm Iluboa
112151mm var.1 I 121127mm Ilubos
112176mm var.1 1121152 mm tubos I
112187 mm lub.1 I 0165mmtubosI
76
I ~9 200
DIAMETRO DEL BARRENO (mm)
Figura 3.10. Varillaje recomendado para distintos diámetros
de perforación.
También existen en el mercado las varillas o tubos
guía, que llevan una o dos secciones en los extremos
con cuatro aletas exteriores longitudinales. Se fabrican
con rosca macho y hembra en los extremos, con lo cual
se eliminan los manguitos. Estas varillas permiten reali-
zar la perforación con desviaciones inferiores al 1% Y
son adecuadas tanto para la perforación de superficie
como subterránea.
Los tubos guía se colocan detrás de la boca de perfo-
ración, proporcionando puntos de apoyo adicionales. El
resto de la sarta de apoyo está constituida por varillas
de 45 a 51 mm. Como el tubo guía se encuentra en el
fondo del barreno tiene un efecto similar a una sarta for-
mada totalmente por tubos.
Finalmente, cuando se perfora con martillo en fondo
se emplean tubos, como ya se ha indicado, con unas
longitudes de 3 a 7,5 m con roscas macho y hembra en
~
ACCIONAOOR
DEL TUBO
>?
(TRANSMITE ROTACION)
los extremos. Próximo a estas zonas presentan unos
chaflanes o entalladuras para facilitar el empalme y de-
senroscado de los tubos.
Los tamaños estándar, para cada diámetro de tubo, y
el peso aproximado del mismo se indica en la Tabla 3.3.
TABLA 3.3
Recientemente, Atlas Capeo ha introducido un nuevo
sistema de transmisión de energía en la perforación ro-
topercutiva con martillo en cabeza, en el que la percu-
sión y la rotación se ejercen sobre el útil de perforación
a través de dos sartas independientes, pero coaxiales.
El sistema, conocido por COPROD, está constituido
por unas varillas centrales sin rosca montadas unas so-
bre otras en el interior de unos tubos de mayor diámetro,
unidos con roscas cónicas. Las varillas transmiten la
energía de impacto a la roca y los tubos exteriores pro-
porcionan la rotación, Fig.3.11.
SECCION COPROO CABEZA COPROD
-~
o
VARILLA DE
PERCUSION
TUBO DE ROTACION
TUBO DE
LA BOCA
MANDRIL DE
LA BOCA
Figura 3.11. Sarta de perforación COPROO (Atlas Capeo).
62
DIAMETRO DE TUBERIA LONGITUD ROSCA PESO
(mm) (mm) APIreg (kg)
76 1500 23/s" 15
76 3000 2 3/s" 25
89 1500 2 3/s" 22
89 3000 2 3/s" 44
89 4500 2 3/s" 63
114 1500 3'12" 45
114 3000 3 ';2' 61
114 6100 3 '/2" 170
115 7600 3'12" 199
127 6100 3 ';2' 204
127 7600 3'12" 257
./
./
Los martillos desarrollados para este varillaje están
equipados con una culata que transmite la percusión y
un tubo mandril que transmite la rotación.
Este nuevo tipo de sarta presenta las siguientes ven-
tajas:
- Posibilidad de usar perforadoras más potentes.
- Altas velocidades Qepenetración.
- Elevada efectividad de perforación, similar a un
tubo en martillo en fondo.
- Mayor duración de la sarta, superior que con marti-
llo en cabeza y similar que con tubos con martillo
en fondo.
- Barridcr más efectivo que con varillaje convencio-
nal.
- Menores desviaciones de los barrenos.
./
/
./
./
./' 5. MANGUITOS
./
Los manguitos sirven para unir las varillas unas a
otras hasta conseguir la longitud deseada con ajuste
suficiente para asegurar que los extremos estén en
contacto y que la transmisión de energía sea efectiva.
Los tipos de manguitos disponibles son:./
./
a) Simples.
b) Con semipuente.
c) Con puente.
d) Con estrías.
e) Con aletas de gran diámetro.
./
./
./ a) r:~=;j
b)~
d)~
.)~--'
./ C)~
./
Figura 3.12. Tipos de manguitos.
.,¡'
./ Los manguitos con tope central b) y c) evitan el
deslizamiento de ese elemento sobre el varillaje. Se
usan en todaslas roscas T, y en el extremo de la culata
de las varillas para perforación de túneles.
Los manguitos con estrías d) se utilizan con bocas
retráctiles en barrenos con tendencia a atascamientos.
Los manguitos con aletas se emplean en barrenos lar-
gos de gran diámetro y sirven para centralizar y estabi-
lizar las varillas.
Los tratamientos térmicos de fabricación son el en-
durecimiento superficial, lacarburación total o interior
solamente.
./
./
./
./
En la Tabla 3.4 se indican los diámetros de los man-
guitos para varillaje de diferente tamaño.
TABLA 3.4
6. BOCAS
Las bocas que se emplean en la perforación rotoper-
cutiva son de dos tipos:
- Bocas de pastillas o plaquitas, y
- Bocas de botones.
Nomenclatura
,.9 f~9 hh',. kb k l. D
Boca en cruz Boca en X
9
~ml. ..0
a Anchura de la plaquita
b Longitud de la plaquita
c Altura de lá plaquita
d Diámetro del faldón
e Longitud cfel faldón
f Ranura del detritus
g Orificio de barrido lateral
h Orificio de barrido central
i Anchura del flanco
k Dado central
I Botón central
m Botón periférico
O Diámetro de la boca
a Angula de holguw
Bocas de botones
Figura 3.13. Bocas de perforación (Sandvik-Coromant).
Algunas características de diseño comunes a ambos
tipo:, de boca son las siguientes:
- Las varillas se atornillan hasta el fondo de la rosca
de la boca con el fin de que la transmisión de la
energía de impacto sea lo más directa posible so-
bre la roca.
- Las bocas disponen de una serie de orificioscentra-
les y laterales por los que se inyecta el fluidode ba-
rrido para remover el detrito y poseen unas hendidu-
ras por las que pasan y ascienden las partículas de
roca producidas.
63
DIAMETRO DIAMETRO DIAMETRO
DEBOCA DELVARILLAJE DELOSMANGUITOS
(mm) (pulg) (mm) (pulg.) (mm) (pulg)
41 1 5/8 25 1 36 1 7/16
45 1 3/4 28 1 1/8 40 1-5/8
51 2 32 1 1/4 44 1 3/4
57 21/4 32 1 1/4 44 1 3/4
64 21/2 38 1 1/2 55 2 5/32
70 23/4 38 1 1/2 55 2 5/32
76 3 45 13/4 63 231/64
89 31/2 51 2 72 27/8
- Las bocas se diseñan con una pequeña conicidad,
siendo la parte más ancha la que está en contacto
con la roca, con el fin de contrarrestar el desgaste
que sufre este accesorio y evitar un ajuste excesivo
con las paredes del barreno.
a. Bocas de botones
Estas bocas disponen de unos botones o insertos
cilíndricos de carburo de tungsteno distribuidos sobre
la superficie de la misma. Se fabrican en diámetros que
van desde los 50 mm hasta los 251 mm.
Las bocas de botones se adaptan mejor a la perfora-
ción con rotación, obteniéndose velocidades de avance
superiores que con bocas de pastillas. También presen-
tan una mayor resistencia al desgaste, debido no sólo a
la forma de los botones sino incluso a la sujeción más
efectiva del acero, por contracción o presión en frío, so-
bre todo el contorno de los insertos.
b. Bocas de pastillas
Se dispone de dos configuraciones de diseño: (1)
Bocas en Cruz y (2) Bocas en X. Las primeras están
construidas con cuatro plaquitas de carburo de
tungsteno dispuestas en ángulo recto, mientras que en
las bocas en X estas plaquitas forman ángulos de 75° y
1050 unas con otras.
Estas bocas se fabrican a partir de diámetros de 35
mm, siendo habitual llegar hasta los 57 mm en las bocas
en cruz, y usar a partir de los 64 mm y hasta 127 mm las
bocas en X, pues son más rápidas y además se evita la
tendencia de las otras a abrir barrenos con secciones
pentagonales en los grandes diámetros.
c. Bocas especiales
Las bocas con diseño especial son las conocidas
por:
- Bocas retráctiles.
- Bocas de escariar.
- Bocas de centro hundido.
- Bocas balísticas.
""
~
~
8
GI}
~ ZI f
~
Figura 3.14. Bocas retráctiles.
64
Las bocas retráctiles se usan en aquellas formacio-
nes rocosas donde las paredes de los barrenos tienden
a desmoronarse y, por lo tanto,es preciso evitar atran-
ques y pérdidas de varillaje. Disponen de estrias y
dientes por detrás del frente que permiten realizar la
perforación en retroceso.
Una variante de la boca anterior es la boca retráctil
de faldón largo. Con este útil el corte en retroceso es
más intenso y al tener un diámetro constante en todo
su cuerpo se consiguen barrenos más rectos.
Las bocas de escariar de botones o plaquitas se
utilizan en labores subterráneas para abrir los barre-
nos centrales de mayor diámetro en los cueles parale-
los. Estas bocas se utilizan con varillas pilotos o con
varillas de extensión y adaptadores pilotos. Poseen un
orificio centr.al troncocónico que permite que éstas se
sitúen por detrás de la piloto de menor diámetro.
VARILLA PILOTO
b
-:J
~ ...- ....
L
ADAPTADOR PILOTO
cc si
BOCA ESCAR/ADORA
riJ'
4ft @
Figura 3.15. Boca de escariar, varilla piloto y adaptador pi-
loto.
Las bocas de centro hundido poseen unas excelentes
características de barrido, ya que éste se realiza princi-
palmente por la parte frontal. Se usan en rocas blandas
fáciles de perforar. Asimismo, estos accesorios mejoran
la rectitud de los barrenos.
Las bocas balísticas disponen de insertos en forma de
proyectiles que son más largos que los están dar y pro-
porcionan mayores v~locidades de penetración y un ba-
rrido más eficiente. En rocas blandas el frente de la
boca no impacta contra la roca del fondo del barreno de-
bido a la altura de los botones, por lo que la limpieza de
los detritus es más completa. Comparadas con las bo-
cas estándar de botones, las bocas balísticas dan velo-
cidades de penetración de un 25 a un 50% superiores,
según el tipo de roca que se perfore.
El principal inconveniente que presentan es el riesgo
de rotura de los botones, sobre todo cuando el cuerpo
de la boca sufre un desgaste más fuerte que los boto-
nes.
TABLA 3.5
R = Recomendada.
A = Adecuada.
N = No recomendada.
En la Tabla 3.5. se indican los tipos de bocas que se
recomiendan para perforar diferentes formaciones roco-
sas.
- -1
o
C?
o
o
<::::>
él
o
o
o =
C> o
Figura 3.16. Boca convencional y boca balística.
=
o CC:J
=
o C:J
C>
d. Bocas de martillo en fondo
=
C> o
o
Las bocas de martillos en fondo llevan incorporadas
en su diseño las culatas sobre las que golpean direc-
tamente los pistones. Los diám'etros usuales de estos
útiles van desde los 85 mm hasta los 250 mm, aunque
existen bocas de mayor calibre.
.¡'
Figura 3.17. Bocas de martillo en fondo.
Los principales tipos de bocas son los siguientes:
- De Botones. Son las más utilizadas y son de aplica-
ción en cualquier tipo de roca. Se subdividen en:
. Bocas con núcleo rompedor.
. Bocas cóncavas.
. Bocas convexas.
Bocas balísticas.
o
<::::> - De Insertos
o . De cara completa. Con insertos en cruz o en X
semejantes a las de martillo en cabeza y de
aplicación en rocas blandas y sueltas.
. De núcleo rompedor. Bocas con cuatro inser-
tos cortos y uno o dos botones en el centro
que sirven para romper el núcleo de roca que
se forma en cada golpe.
D
7. CALCULO DE NECESIDADES DE
ACCESORIOS DE PERFORACION
~La cantidad de varillaje que se precisa para realizar
un trabajo depende de diversos factores:
- Volumen de roca.
- Perforación específica.
- Perforabilidad y abrasividad de la roca, y
- Método de perforación.
La vida en servicio del varillaje e,stá marcada bási-
camente por los dos últimos factores, y sobre todo por
la perforabilidad en rocas abrasivas. Frecuentemente,
la vida de estos accesorios se expresa en «Metros-vari-
lla», debido a que el número de metros perforados con
una varilla dada es función de la longitud de ésta y de la
profundidad de los barrenos.
65
BOCASDEINSERTOS BOCADEBOTONES
TIPODE ROCA
Normal Heavy-duty Retráctil Normal Heavy-duty Retráctil
Blanda R N N R N N
Medio dura A R N R A N
Dura N A N A R N
Desgaste lateral intenso N R N N A N
Desgaste frontal intenso N A N A R N
Desgaste frontal moderado N N N R A N
Fisurada N N R N N R
Ejemplo:
Longitud de barreno = 12 m.
Longitud de varilla = 3,05 m.
Total metros-varillas = 30 m-v = 2,5 m-v/m
Total metros perforados 12 m
Cuando la longitud de la varílla es de 3 m, enton-
ces el valor medio es de 7,5 metros-varilla para el
barreno de la profundidad indicada.En general se tendrá:
MV= L x [ L + Lv ]2Lv
donde:
L = Profundidad del barreno.
Lv = Longitud de cada varilla.
MV= Metros-varilla.
Para estimar los accesorios de perforación que se
precisan en un proyecto dado pueden aplL¡;;arse las
siguientes expresiones:
1. Número de bocas N B = VR x PS
VB
2. Número de varillas
VR x PS L + Lv
N = x-
v Vy 2Lv
3. Número de adaptadores NA = Ny/3
4. Número de manguitos NM= 1,5 x Nv
66
donde:
VR = Volumen de roca a volar (m3).
PS = Perforación específica (mi 1m3).
L = Profundidad de los barrenos (m).
Vi - Vida en servicio de cada accesorio.
A título orientativo, las vidas de los diferentes tipos
de bocas pueden estimarse para distintos trabajos de
perforación en banco y avance de túneles y galerías a
partir de las Tablas 3.6 y 3.7.
TABLA 3.6. VIDA DE ACCESORIOS
EN PERFORACION EN BANCO
ACCESORIO
BARRENAS INTEGRALES
. Intervalo de afilado
. Vida de servicio
BOCAS DE PASTILLAS
. Intervalo de afilado
. Vida de servicio
BOCAS DE BOTONES
- Diámetro ~ 64 mm
. Intervalo de afilado
. Vida de servicio
- Diámetro <57 mm
. Intervalo de afilado
. Vida de servicio
TIPO DE ROCA
ABRASIVA I POCO IABRASIVA
20-25
150-200
20-25
200-400
60-100
400-1000
100-150
300-600
BOCAS DE BOTONES PARA
MARTILLO EN FONDO
I
. Intervalo de afilado 40-60
. Vida de servicio 400-100
VARILLAS EXTENSIBLES
. Vida de servicio
MANGUITOS
. Vida de servicio
ADAPTADORES
. Vida de servicio
- Perforadoras
neumáticas
- Perforadoras
hidráulicas
NOTA: Cifras en metros.
FUENTE: Atlas Capeo.
150
600-800
150
800-1200
300
1200-2500
300
900-1300
300
1200-2500
600-1800
100% vida de varillas
~
1500-2000
3000-4000
Número de Metros-varilla perforados
varilla con una varílla
1 12
2 9
3 6
4 3
Total 30
TABLA 3.7. VIDA DE ACCESORIOS EN
TUNELES y GALERIAS
NOTA: Cifras en metros
FUENTE: Atlas Capeo
Nv= L/Lv
Nv= NI? DE VARILLAS
POR BARRENO
L = PROFUNDIDAD DE
BARRENO
Lv= LONGITUD DE
CADA VARILLA
En la perforación de recubrimientos la duración de los
accesorios puede estimarse a partir de la Tabla 3.8.
TABLA 3.8
Nota: Cifras en metros.
0.8 1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
VP =VELOCIDAD DE
PENETRACION
1000 2000 3000
Figura 3.18. Ejemplo de cálculo de vida en servicio del vari l/aje (Kometa).
67
TIPO DE ROCA
ACCESORIO
ABRASIVA I
POCO
ABRASIVA
BARRENAS INTEGRALES. Intervalo de afilado 20-25 150.Vida de servicios 200-300 700-800
BOCAS DE PASTILLAS. Intervalo de afilado 20-25 150.Vida de servicios 250-350 900-1.200
BOCAS DE BOTONES.Vida de servicio 250-550 1.000-1 .300
VARILLAJE EXTENSIBLE.Vidas de servicio
- Perforadoras
neumáticas 1.000-1.500
- Perforadoras
hidráulicas 1.600-1.400
VARILLAS INTEGRALES
ROSCADAS.Vida de servicio 600-800
MANGUITOS.Vida de servicio 100 % vida de varillas
ADAPTADORES.Vida de servicio
- Perforadoras
neumáticas 1.200-1.600
- Perforadoras
hidráulicas 2.500-3.500
METOOO OOEX
Boca piloto 200 - 600
Escariador 100 - 300
Guía 400 - 1.200
METOOO 00
Tubo de extensión 1.000 - 1.500
Acoplamiento de tubo 800 - 1.000
Boca de corona 150 - 400
Manguito adaptador 1.000 - 1.200
Boca de perforación 400 - 700
METOOO OOEX y 00
Adaptador de culata 800 - 1.000
Varillas de extensión 1.000 - 1.500
Manguitos 800 - 1.000
En cuanto al varillaje, su duración puede determi-
narse conociendo los siguientes factores:
i - Tipo y tamaño de las roscas.
- Número (Ny)y longitud de las varillas (LJ necesa-
rias para un barreno con una profundidad (L).
- Velocidad de penetración (VP), que a su vez de-
pende del tipo de roca, diámetro de perforación y
tipo de martillo. Fig. 3.18.
La vida de los manguitos se considera que es igual a
la del varillaje, aunque suelen durar algo menos.
8. CUIDADO Y MANTENIMIENTO DE BOCAS
El acondicionamiento de las bocas tiene como obje-
tivo obtener una velocidad óptima de penetración y
aumentar la vida de dichos útiles.
En efecto, si las pastillas o botones de metal duro y el
resto del cuerpo de la b9ca no tienen u na forma ade-
cuada no se conseguirá alcanzar la mayor velocidad de
penetración posible y además, se generarán esfuerzos
y tensiones tanto en el propio útil como en el resto del
varillaje pudiendo dar lugar a graves daños o roturas.
A continuación, se indica para las bocas de botones,
de pastillas y barrenas integrales cuándo debe efec-
tuarse el afilado y el modo de Ilevarlo a cabo.
a. Bocas de botones
Las bocas de botones deben ser reacondicionadas
cuando:
1. Elcuerpo de la boca se desgasta más que los boto-
nes, haciendo .que éstos sobresalgan excesiva-
mente. Así se evitará que los botones se claven en
la roca o quiebren. Esto sucede frecuentemente en
terrenos blandos y abrasivos.
"
Figura 3.19. Desgaste del cuerpo.
2. Cuando los botones se desgastan más rápida-
mente que el cuerpo, especialmente en rocas du-
ras y abrasivas, los botones deben ser afilados con
frecuencia. Fig. 3.20.
3. Si en rocas no abrasivas los botones se pulen
mostrando señales de fractu ración en su superfi-
cie con aspecto de piel de reptil. Esto evita que las
fracturas superficiales se propaguen, lo cual podría
provocar la destrucción de los botones. Fig. 3.21.
68
Figura 3.20. Desgaste de botones.
Figura 3.21. Pulido de botones con aspecto de piel de reptil.
El afilado de botones tiene por objeto devolverles su
forma esférica original, pero sin reducir' demasiado su
altura. Por lo general, no necesitan afilado del diáme-
tro.
El intervalo de afilado puede elegirse en función de
los diferentes tipos de roca y condiciones de perfora-
ción, por ejemplo, al cabo de un determinado número
de barrenos, que coincida aproximadamente cuando
se haya consumido la mitad del diámetro del botón.
D
~
Figura 3.22. Medida del desgaste de botones.
Si las bocas están muy gastadas, puede ser necesa-
rio afilar el acero alrededor de los botones para que
sobresalgan lo suficiente. La altura visible debe estar
próxima a la mitad del diámetro del botón.
Todos los botones deben afilarse cada vez, aunque
no se haya alcanzado el desgaste límite. Las bocas
están en condiciones de perforar siempre que los bo-
tones periféricos estén bien, ya que son más impor-
tantes que los del resto. Especial atención se pondrá en
la limpiezade los orificiosy estrías o canales de barrido.
Elafilado de botones se realizará con esmeriladoras
y deberá controlarse con plantillas de medición ade-
cuadas.
b. Bocas de pastillas
Las bocas de pastillas deben afilarse cuando:
1. El filo se haya desgastado y la superficie cortante
mida de 2,4 mm a 5 mm del diámetro del exterior
de la boca.
Figura 3.23. Desgaste del filo de las pastillas.
2. Cuando la esquina exterior de la pastilla se haya
desgastado hasta un radio mayor de 5 mm.
Figura 3.24. Desgaste de esquinas.
3. Cuando la cara de la boca comience a tener un
diámetro inferior al del cuerpo; entonces se esme-
rilará el diámetro exterior para eliminar los contra-.,;<
conos."
Figura 3.25. Contracono.
4. En terrenos no abrasivos donde las pastillas pre-
sentan áreas muy pulidas o pequeñas fracturacio-
nes en superficie, que es preciso eliminar periódi-
camente.
Figura 3.26. Pulido de pastillas.
El afilado de este tipo de bocas debe hacerse de tal
manera que el ángulo de filo sea de 110° y el ángulo del
cuerpo de unos 3°. .
Figura 3.27. Afilado de pastillas.
No deben afilarse las esquinas de las pastillas, sino
dejar un ligero biselado. Debe evitarse que los insertos
queden formando cuña, se recomienda una forma li-
geramente convexa con un ángulo máximo de 10 a 15°.
Figura 3.28. Forma de las pastillas.
Si el afilado se hace en seco, las bocas deben en-
friarse lentamente con el aire antes de continuar reafi-
lándolas. Los filos de los insertos, una vez esmeriladas
las bocas deben biselarse hasta alcanzar una anchura
de 0,4 a 0,8 mm.
Figura 3.29. Biselado de aristas.
69
Si el cuerpo de la boca se ha desgastado, debe
esmerilarse 10 que sobresalga de los insertos, hasta
quedar a ras con el cuerpo. Deben también acondicio-
narse las estrías de barrido y engrasar las bocas des-
pués del afilado y antes deusarse otra vez.
c. Barrenas integrales
Estos accesorios deben afilarse cuando el ancho de
la superficie plana del inserto sea de 3 mm, medidos a 5
mm del borde. En rocas. abrasivas o perforación con
aire, también deben afilarse los bordes que se hayan
redondeado tomando forma cónica hasta una altura de
8 mm.
" '" '" " o
"",1"""",1"""",1"""",1""",,,1
Figura 3.30. Control del desgaste.
La geometría que debe conseguirse en el afilado es
de un ángulo de filo de 1100y una curvatura de 80 a 100
mm.
110'
~
"
Figura 3.31. Afilado de barrenas integrales.
9. CUIDADO Y MANTENIMIENTO DEL
VARILLAJE
Las recomendaciones que deben seguirse en el uso
del .varillaje de perforación son las siguientes;,.
1. Invertir los extremos de las varillas para repartir los
desgastes de las roscas.
Rotar las varillas en las sartas de perforación para
que todas efectúen el mismo metraje.
2.
70
o e 1 ¡--e-o o--cJ
o o-o e-o e--cJ
o o-o o-o e--cJ
Figura 3.32. Rotación de varillas.
3. Proteger las varillas contra la corrosión y el polvo,
almacenándolas de forma adecuada y maneján-
dolas con cuidado.
~ ~
Figura 3.33. Almacenamiento de varillas.
4. Engrasar las roscas de las varillas y manguitos
cada vez que se utilicen.
5. Apretar a tope los acoplamientos durante la opera-
ción para conseguir una mejor transmisión de la
energía y evitar los sobrecalentamientos del acero.
6. Utilizar las herramientas adecuadas para aflojar los
acoplamientos.
7. No volver a utilizar las varillas y manguitos en los
que se hayan producido desgastes excesivos en
las roscas.
10. GUlA PARA LA IDENTIFICACION DE LAS
CAUSAS DE ROTURA DE LOS ACCESO-
RIOS DE PERFORACION
En la Tabla 3.9 se recogen los diferentes tipos de
rotura de diversos accesorios de perforación, varillas,
"roscas, manguitos, adaptadores y bocas, y las causas
probables origen de las mismas.
Cualquier daño o desperfecto se debe analizar e
identificar con el fin de corregir la fuente que lo ge-
nera o la práctica operativa.
PROBLEMA
1. Varilla dañada en la superficie exterior.
~
2. Corrosión en el orificio interno acelerada
por las condiciones de fatiga.
-$-
3. Roturas de las varillas en las roscas que
entran en los manguitos.
m
4. Orificios de barrido taponados y atasca-
m.ientos del varillaje.
5. Manguitos con daños en los extremos de las
roscas.
6. Manguitos rotos o rajados.
7. Manguitos con los extremos abocardados o
remachados. fI'
.----------.----.-
TABLA 3.9
CAUSA PROBABLE
1. Mala manipulación de las varillas con gol-
pes y caídas o defectos superficiales en el
acero.
2. Defecto interno en el acero, p. e. una inclu-
sión oxidada.
3. Varillas o manguitos con roscas desgasta-
das y movimiento oscilante del varillaje.
Desplazamiento de manguitos y mala me-
canización del acero.
4. Caudales de barrido insuficientes y avances
excesivos en terrenos agrietados y con pre-
sencia de barro.
5. Varillas no acopladas a tope o desalinea~
mientos. Mal tratamiento térmico del acero.
6. Deslizamiento entre el martillo y el centrali-
zador, oscilación del tren de varillaje du-
rante la perforación o roscas de varillas ina-
decuadas.
7. Golpeo de los manguitos con el centraliza-
dor.
71
8. Rotura del adaptador o espiga. 8. Buje desgastado, avance excesivo, falta de
lubricación o pistón roto.
8 tU ~ 10 ~-8-- . ---~3r-
9. Rotura del adaptador por las estrías.
10. Rotura del adaptador por las roscas.
11. Botones rotos o cizallados del cuerpo de
acero de la boca.
12. Pérdida completa o escupido de botones.
13. Desgaste excesivo en los botones periféri-
coso
13. Rotación excesiva, avance elevado y roca
demasiado abrasiva.
BIBLlOGRAFIA
- ANONIMO: «Rock Drilling Seminar». Mining Magazine.
July. 1979.
- ATLAS COPCO: «Manual Atlas Copco». 1984.
- FAGERSTA-SECOROC: «Accesorios de Perforación».
1974.
- GARDNER DENVER: «Rock Drilling Data». .
- INGERSOLL-RAND:«La Boca de Botones Contra la
Roca».
- KOMETA OY.: «Accesorios de Perforación». 1986.
- OLIVER, J.: «Factors Influencing the Selection & Use
of DTH Button Bits in Rotary Percussive Drílling
Applications». 11Simposium Nacional de Selección de
Maquinaria en Minería e Industrias de la Construcción,
1990. .
d'
72
9. Buje desgastado, par excesivo, falta de lu-
bricación o pistón roto.
10. Varillas dañadas o rotas en los extremos,
manguitos dañados o perforación con os-
cilación del varillaje. Mala mecanización o
tratamiento térmico del acero.
11. Rotación excesiva de la boca. Avance exce-
sivo en roca dura. Perforación de formacio-
nes rocosas agrietadas o bocas mal afila-
das.
12. Empuje insuficiente y falta de contacto en-
tre la boca y la roca.
- SANDVIK AB.: «Rock Drilling Manual - Drill Steel'Applica-
tions». 1979.
- SANDVIK-COROMANT: «Manual de Perforación de Rocas
- Teoría y Técnica». 1983.
- TAMROCK: «Handbook of Underground Drilling". 1983.
- TAMROCK.: «Handbook of Surface Mining». 1989.
- TANTARIMAKI, K.: "Top-Hammer". World Mining
Equipment. September.1990.
- TIMKEN: «Brocas de Percusión para Roca». 1981.
- TRW Inc.: «Percusion Drilling Equipment Operation and
Maintenance Manual». 1985.
"
"