ES2334850T3 - Ancla de plastico reforzado con fibras. - Google Patents
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Abstract
Ancla de perforación de plástico reforzado con fibras, con un taladro axial (2) que pasa a través de toda su longitud, en la que el ancla de perforación (1) tanto comprende fibras que se extienden en dirección longitudinal del ancla de perforación (1) como también fibras que se extienden inclinadas con relación a la dirección longitudinal del ancla de perforación (1), caracterizada porque una primera capa de fibras (4) con fibras que se extienden inclinadas con respecto a la dirección longitudinal del ancla de perforación (1) está rodeada por una segunda capa de fibras (5) con fibras que se extienden en dirección longitudinal del ancla de perforación (1), porque la segunda capa de fibras (5) está rodeada por al menos una tercera capa de fibras (6) con fibras que se extienden inclinadas con relación a la dirección longitudinal del ancla de perforación (1), y porque el ancla de perforación (1) presenta una rosca (3) que se extiende sobre toda su longitud, que está formada integralmente en al menos una capa exterior de fibras (6, 7) del ancla de perforación (1).
Description
Ancla de plástico reforzado con fibras.
La presente invención se refiere a un ancla de
perforación de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.
Tales anclas de perforación están constituidas de plástico reforzado
con fibras, en el que en la matriz de plástico están incrustadas
tanto fibras que se extienden en dirección longitudinal del ancla de
perforación como también fibras que se extienden inclinadas con
respecto a la dirección longitudinal del ancla de perforación. Para
poder utilizar las anclas de perforación también como anclas de
perforación de inyección, están provistas con un canal central, que
está formado por un taladro axial que se extiende sobre toda la
longitud del ancla de perforación.
Las anclas de perforación se conocen también, en
general, por decirlo así, como anclas
"auto-perforadoras" (anclas SB). Se emplean
sobre todo en la explotación minera o en la construcción de túneles
para asegurar componentes como, por ejemplo, techos o paredes. En
particular, se utilizan cuando la roca, la montaña o la piedra son
frágiles y el taladro del ancla es tan inestables que cede ya
durante la perforación o después de la tracción de la varilla de
perforación convencional y no se puede colocar un ancla
convencional. Las anclas de perforación combinan en este caso la
función de la varilla de perforación, que sirve convencionalmente,
en combinación con una taladradora de percusión o giratoria, para la
perforación de taladros, con la función del ancla insertada a
continuación en los taladros perforados, de manera que se puede
evitar la extracción de la varilla de perforación y la rotura de la
pared del taladro. Las anclas de perforación se proveen en este
caso delante con una corona de perforación y se conectan detrás con
una máquina taladradora o bien un dispositivo taladrador. Después
de la perforaciones introduce a presión material de inyección en el
taladro perforado a través del canal interior del ancla de
perforación y sobre el extremo sobresaliente se enrosca una tuerca
de sujeción, que presiona una placa de presión contra la pared del
taladro. El ancla de perforación permanece en este caso como ancla
de perforación perdida en el taladro.
Tales anclas de perforación se conocían en
primer lugar sólo de tubo de acero. Sin embargo, en aplicaciones
temporales o cuando es necesaria una elevada protección contra la
corrosión, se emplean, en lugar de tubos de acero, también sistemas
de plástico, que se designan internacionalmente también como
"Sistema FRP" (FRP = Plástico Reforzado de Fibra). Así, por
ejemplo, se han propuesto también anclas de perforación del tipo
mencionado al principio de plástico reforzado de fibra. Éstas no
sólo son resistentes contra corrosión, sino que, con peso ligero, se
pueden manipular también más fácilmente y tienen un precio
comparativamente bajo, de manera que los problemas condicionados
por la corrosión se pueden combatir con un gasto de coste reducido y
de manera duradera y efectiva. Además, tales anclas de perforación
de plástico reforzado con fibra se pueden desintegrar también sin
problemas durante el derribo posterior de una pared fijada.
Los plásticos reforzados de fibras representan
materiales compuestos de fibras, en los que los plásticos se
combinan con fibras que están constituidas de otro material para
conseguir efectos sinérgicos positivos y propiedades mejoradas de
los plásticos en la dirección deseada, especialmente propiedades
mejoradas mecánicamente. Como fibras se pueden emplear, por
ejemplo, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de carbono (=
fibras de carbono), fibras de carburo de silicio o fibras de boro,
que se incrustan con preferencia en dirección longitudinal de un
perfil de barra con la llamada orientación unidireccional de las
fibras en el plástico. Una pluralidad de fibras orientadas
paralelas entre sí, que pueden tener, por ejemplo, un diámetro de 10
a 30 \mum, son rodeadas de esta manera por una matriz de resina
de plástico. En este caso, las fibras prestan al material compuesto
su alta resistencia en dirección longitudinal, mientras que la
resina dura sirve para fijar las fibras en su posición y
protegerlas al mismo tiempo contra influencias
perjudi-
ciales.
ciales.
Se conoce a partir del documento DE 40 18 703 C1
un ancla de cable constituida de varias capas, en la que un cable
fabricado de hilo textil está rodeado por una trenza de apoyo y
puede contener un alma interior. Para conseguir una unión íntima de
estas capas entre sí, está prevista adicionalmente una envoltura de
protección exterior de plástico. Tal ancla de cable no se puede
emplear, sin embargo, como ancla de perforación para los casos de
aplicación mencionados al principio, puesto que aparte de la
ausencia de una roca exterior, no es posible ni una transmisión de
los pares de torsión altos ni una transmisión efectiva de la energía
de impacto del martillo perforador hasta una corona de perforación
montada en la pata del ancla. En su lugar, está concebida como
ancla flexible con su construcción del tipo de cable para el
arrollamiento como material sin fin, que solamente se puede
insertar en taladros ya terminados.
Además, se conoce a partir del documento DE 295
01 694 U1 un ancla de montaña de plástico, que está constituida de
materiales sintéticos, que están dispuestos en capas superpuestas.
En este caso, el ancla puede estar realizada también como ancla
hueca para la inyección. Sin embargo, tampoco esta ancla de montaje
es adecuada para la perforación debido a la falta de rigidez,
puesto que está concebida como sistema flexible, para mantener en
límites los movimientos en roca de sedimentación y convergencias, lo
que es comparable con una ductilidad elevada en acero.
Independientemente de ello, el ancla de montaña tampoco presenta un
perfilado exterior o bien una rosca exterior, de manera que no se
puede emplear tampoco por este motivo como ancla de perforación.
Además, se conocen a partir del documento WO
96/21087 anclas de perforación de plástico reforzado con fibras del
tipo mencionado al principio, que se considera como el estado más
próximo de la técnica. Tienen en las dos zonas extremas,
respectivamente, una rosca limitada en la extensión axial. Estas
anclas de perforación contienen tanto fibras arrolladas en forma de
espiral como también fibras dirigidas longitudinalmente.
Sin embargo, en estas anclas de perforación
conocidas anteriormente es un inconveniente una acción de unión
sólo limitada en hormigón prensado o en otros medios circundantes o
roca circundante. Además, las cargas que se producen durante la
perforación conducen a daños de las anclas de perforación, a pesar
de la estructura de fibras de dos capas.
El problema de la presente invención es, por lo
tanto, crear un ancla de perforación mejorada del tipo mencionado
al principio de plástico reforzado con fibras, que puede absorber
las tensiones completas producidas y las fuerzas resultantes en la
operación de perforación. Además, debe prepararse un ancla de
perforación que se puede emplear para múltiples funciones, que
presenta una resistencia hidráulica suficiente para el lavado con
agua de perforación y la inyección siguiente a alta presión con
presiones muy altas así como al mismo tiempo pueden compensar
también las tensiones complejas y las cargas introducidas en el
ancla en la roca pre-destruida.
Este problema se soluciona de acuerdo con la
invención por medio de un ancla de perforación según la
reivindicación 1. Las configuraciones y desarrollos ventajosos de
la invención se deducen a partir de las reivindicaciones
dependientes.
En la solución de acuerdo con la invención es
esencial que una primera capa de fibras con fibras que se extienden
inclinadas con respecto a la dirección longitudinal del ancla de
perforación esté rodeada por una segunda capa de fibras con fibras
que se extienden en dirección longitudinal del ancla de perforación,
que la segunda capa de fibras esté rodeada por al menos una tercera
capa de fibras con fibras que se extienden inclinadas con relación
a la dirección longitudinal del ancla de perforación, y que el ancla
de perforación presenta una rosca que se extiende sobre toda su
longitud, que está formada integralmente en al menos una capa
exterior de fibras del ancla de perforación.
La ventaja principal reside en este caso en que
se crea un ancla de perforación, que se puede emplear esencialmente
en múltiples aplicaciones, que, con una capacidad de carga
claramente elevada, garantiza una seguridad mayor duradera. En
particular, las tensiones complejas que se producen durante el
proceso de perforación y las fuerzas resultantes, especialmente
fuerzas de arrastre a partir de aplastamiento axial y torsión, por
ejemplo a través de fricción y fuerza de corte, pueden ser
absorbidas esencialmente mejor. También se pueden absorber presiones
hidráulicas esencialmente más elevadas durante el lavado con agua
de perforación, pero especialmente también en el caso de inyección
siguiente a alta presión, por ejemplo con sistemas
2-K y presiones por encima de 300 bares son
perjuicio del ancla de perforación y al mismo tiempo se pueden
compensar también las tensiones complejas y las cargas introducidas
en el ancla en la roca.
El ancla de perforación de acuerdo con la
invención se puede fabricar con una construcción sencilla con coste
favorable y se puede manipular fácilmente con un peso reducido.
Además, en este caso se garantiza una protección óptima contra
corrosión propiamente dicha en aplicaciones de larga duración.
Es especialmente ventajoso que la tercera capa
de fibras esté rodeada por al menos una cuarta capa de fibras. De
esta manera, se puede conseguir una resistencia todavía mejorada y
una configuración optimizada del ancla de perforación con respecto
a las cargas que aparecen.
Además, es especialmente ventajoso que la
primera y/o la tercera capas de fibras comprendan fibras, que están
arrolladas en forma helicoidal en un ángulo entre 30º y 60º,
especialmente entre 40º y 50º, con respecto a la dirección
longitudinal del ancla de perforación.
Además, es especialmente ventajoso que la
primera y/o la segunda capas de fibras comprendan, respectivamente,
un primer grupo de fibras, que están arrolladas en un ángulo entre
30º y 60º con respecto a la dirección longitudinal del ancla de
perforación en una primera orientación de gradiente, así como,
además, comprendan un segundo grupo de fibras, que están arrolladas
en un ángulo entre 30º y 60º con respecto a la dirección
longitudinal del ancla de perforación en la orientación de
gradiente opuesta. Los dos grupos de fibras se pueden introducir en
este caso o bien uno detrás de otro de forma separada o también
mezclados entre sí.
Además, es especialmente ventajoso que las
fibras de capas de fibras individuales estén incrustadas en
plásticos, que son diferentes del plástico de las capas de fibras
adyacentes.
De la misma manera, las fibras de capas de
fibras individuales pueden estar constituidas por un material, que
es diferente del material de las capas de fibras adyacentes.
Además, es especialmente ventajoso que la
primera y/o tercera capas de fibras comprendan fibras que se
extienden inclinadas con relación a la dirección longitudinal del
ancla de perforación, las cuales están incrustadas en resina de
viniléster. La incrustación de las fibras que delimitan el canal
interior en la resina de viniléster sirve de manera más ventajosa
para la elevación de la resistencia química del ancla de
perforación.
La segunda capa de fibras con fibras que se
extienden en la dirección longitudinal del ancla de perforación
está incrustada con preferencia en resina epoxi. De esta manera
posibilitan una transmisión óptima de las fuerzas de tracción y de
presión también en el caso de una carga de impacto que se produce a
modo de impulsos.
Además, es especialmente ventajoso que las
fibras de la primera y/o de la segunda capa de fibras sean fibras
de vidrio. Las fibras de la tercera capa de fibras son con
preferencia fibras de carbono. De este modo, se pueden transmitir
de manera especialmente efectiva tanto pares de torsión muy altos
como también energías de impacto muy altas del martillo perforador
utilizado para la introducción del ancla de perforación a través
del ancla de perforación hasta una corona de perforación montada en
la pata del ancla, de manera que se reduce a un mínimo el riesgo de
una destrucción del ancla.
Además, es especialmente ventajoso que la cuarta
capa de fibras comprenda fibras de vidrio, que están incrustadas
con preferencia en resina epoxi. En ésta o también en otras capas de
fibras exteriores del ancla de perforación se puede conformar la
rosca libre de corte de fibras. De este modo se consigue sin
incisión y, por lo tanto, sin destrucción de las fibras una rosca
de alta resistencia, que establece, con una longitud de acuerdo con
la invención, una acción de unión óptima con su entorno.
Además, es especialmente ventajoso que el ancla
de perforación presente, con relación al volumen, un porcentaje de
fibras de al menos 80% y un porcentaje de resina de plástico de
máximo 20%. De esta manera, se consiguen valores de resistencia
óptimos con respecto a todas las cargas producidas.
Además, es especialmente ventajoso que la rosca
del ancla de perforación esté provista con un recubrimiento de
protección endurecido. El recubrimiento de protección puede estar
constituido como capa superior, especialmente de un gel endurecido
y puede servir no sólo para una protección mecánica, sino también
para una protección UV así como especialmente para una protección
de la rosca contra ácidos.
La presente invención se refiere, además, a un
procedimiento para la fabricación de un ancla de perforación del
tipo descrito al principio. De acuerdo con ello, el ancla de
perforación está fabricada en varias capas con capas separadas
mediante pultrusión, con lo que a pesar de las propiedades mejoradas
del ancla de perforación, se posibilita una fabricación sencilla y
de coste favorable.
Otras ventajas y características de la invención
se deducen a partir de la descripción siguiente y de los ejemplos
de realización representados en los dibujos. En este caso:
La figura 1 muestra una vista lateral
parcialmente en sección de un ancla de perforación de acuerdo con la
invención.
La figura 2 muestra una sección transversal a lo
largo de la línea de intersección A-A de la figura
1; y
La figura 3 muestra una representación
esquemática, ampliada, parcialmente en sección de la estructura de
un ancla de perforación de acuerdo con la invención.
El ancla de perforación 1 representada en las
figuras está constituida por plástico reforzado con fibras, que
está formado de varias capas. El ancla de perforación 1 tiene un
taladro axial 2 que pasa a través de toda su longitud así como una
rosca exterior 3 que pasa igualmente a través de toda su longitud
con un contorno de forma ondulada.
Durante la laminación por capas o bien por
estratos, las fibras o los grupos de fibras se incrustan en la
matriz de resina no sólo dispuestas paralelas unidireccionalmente
sino, especialmente en la capa más alta, arrolladas o bien
trenzadas en contra del sentido de giro de la rosca y de la
dirección de perforación.
En la variante de realización representada aquí,
para la elevación de la estabilidad hidráulica se incrustan en la
resina de vinilo dos grupos de fibras de vidrio en una primera capa
de fibras 4 simultáneamente con alta resistencia mecánica y
química. Estos dos grupos de la primera capa de fibras 4 están
arrollados opuestos entre sí, respectivamente, bajo un ángulo de
45º con respecto a la alineación axial del ancla de perforación
1.
Construyendo encima se incrusta una segunda capa
5 de fibras de vidrio en la dirección longitudinal del ancla de
perforación 1 en resina epoxi. Sirve para la absorción de fuerzas de
tracción y de presión axiales mecánicas altas.
En una tercera capa de fibras 6 aplicada a
continuación encima se incrustan en resina de viniléster fibras de
carbono opuestas al sentido de giro y de perforación de la rosca
exterior 3. Éstas absorben las fuerzas de reacción especiales que
proceden del trabajo de perforación. Al mismo tiempo, en virtud de
la resina de viniléster de absorción ofrecen una protección
permanente para las fibras de vidrio en el núcleo contra
repercusiones químicas externas.
En una laminación final exterior 7, que se forma
de fibras de vidrio en resina epoxi, la rosca altamente resistente
está conformada sin destrucción de las fibras de vidrio
pasantes.
A través del ancla de perforación 1 se inyecta
después de la perforación a través de diversos sistemas de
adaptación. En el caso de mortero de cemento, no es crítico porque
no se producen presiones de inyección altas y apenas aparecen
presiones de reacción, no debe mezclarse con alta energía junto o en
el ancla de perforación 1 y no debe mantenerse presión y el taladro
propiamente dicho no debe mantenerse cerrado de manera costosa. Sin
embargo, en el caso de morteros de dos componentes, deben utilizarse
adaptadores de buen efecto de obturación con válvulas antepuestas,
mezclador integrado, tobera y válvula de retención. A tal fin, el
ancla de perforación 1 propiamente dicha se puede cargar
hidráulicamente también, en general, hasta aproximadamente 250 bares
de presión de trabajo o bien de presión nominal (presión de
reventón 350 bares). Esta capacidad de carga se consigue a través
de la configuración del ancla de perforación 1 de acuerdo con la
invención.
Un ancla de FRP 1 de
auto-perforación para perforación rotatoria con giro
a la derecha tiene, en oposición a los tubos de acero, en virtud de
la anisotropía del compuesto de fibras, una resistencia limitada a
la torsión. No obstante, para poder trabajar con la fuerza de
presión de apriete alta necesaria para la perforación giratoria,
por una parte, (5-20 kN) y el par de torsión alto
necesario, por otra parte, (300 Nm, el ancla de perforación de
acuerdo con la invención está optimizada en lo que se refiere a la
calidad de la resina y la calidad de las fibras como también a la
orientación de las fibras y el proceso.
En el tubo de plástico 1 reforzado con fibras,
fabricado de varias capas se combinan al mismo tiempo tanto uno o
varios desarrollos de fibras 5 unidireccionales como también uno o
varios desarrollos de fibras 4, 6 arrollados en forma helicoidal
con iguales y/o diferentes direcciones y también con iguales o
diferentes gradientes de manera independiente entre sí, en caso
necesario en composición discrecional. Especialmente en la
superficie de las fibras de las capas marginales 7 del perfilado
roscado 3, las fibras pueden presentar un desarrollo opuesto de las
fibras, de manera que en el caso de un perfil roscado con giro a la
izquierda para perforación con giro a la izquierda, existe entonces
un desarrollo de las fibras arrollado con paso a la derecha en la
capa marginal 7 y a la inversa, el tubo de plástico 1 para
perforación con giro a la derecha presenta un perfil roscado con
paso a la derecha con desarrollo de las fibras entonces con paso a
la izquierda en la capa marginal 7. En este caso, con preferencia
está prevista la misma medida de gradiente, de manera que la
geometría del perfilado roscado se puede roscar, respectivamente,
con paso a la izquierda o bien con paso a la derecha, con rosca
compatible con diversos accesorios estándar desde la zona de
perforación de impacto de giro a la izquierda o, en cambio, desde
la zona de perforación de giro a la derecha. Además, el perfil
roscado continuo 3 presenta propiedades de unión excelentes también
en morteros y en hormigón con superficie nervada optimizada
respectiva.
Claims (14)
1. Ancla de perforación de plástico reforzado
con fibras, con un taladro axial (2) que pasa a través de toda su
longitud, en la que el ancla de perforación (1) tanto comprende
fibras que se extienden en dirección longitudinal del ancla de
perforación (1) como también fibras que se extienden inclinadas con
relación a la dirección longitudinal del ancla de perforación (1),
caracterizada porque una primera capa de fibras (4) con
fibras que se extienden inclinadas con respecto a la dirección
longitudinal del ancla de perforación (1) está rodeada por una
segunda capa de fibras (5) con fibras que se extienden en dirección
longitudinal del ancla de perforación (1), porque la segunda capa
de fibras (5) está rodeada por al menos una tercera capa de fibras
(6) con fibras que se extienden inclinadas con relación a la
dirección longitudinal del ancla de perforación (1), y porque el
ancla de perforación (1) presenta una rosca (3) que se extiende
sobre toda su longitud, que está formada integralmente en al menos
una capa exterior de fibras (6, 7) del ancla de perforación (1).
2. Ancla de perforación de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque la tercera capa de
fibras (6) está rodeada por al menos una cuarta capa de fibras
(7).
3. Ancla de perforación de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la primera y/o la
tercera capas de fibras (4, 6) comprenden fibras que están
arrolladas en forma helicoidal en un ángulo entre 30º y 60º,
especialmente entre 40º y 50º, con respecto a la dirección
longitudinal del ancla de perforación.
4. Ancla de perforación de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizada porque la primera y/o la
segunda capas de fibras (4, 6) comprenden, respectivamente, un
primer grupo de fibras, que están arrolladas en un ángulo entre 30º
y 60º con respecto a la dirección longitudinal del ancla de
perforación (1) en una primera orientación de gradiente, así como,
además, comprenden un segundo grupo de fibras, que están arrolladas
en un ángulo entre 30º y 60º con respecto a la dirección
longitudinal del ancla de perforación en la orientación de
gradiente opuesta.
5. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
fibras de capas de fibras individuales están incrustadas en
plásticos, que son diferentes del plástico de las capas de fibras
adyacentes.
6. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
fibras de capas de fibras individuales están constituidas por un
material, que es diferente del material de las capas de fibras
adyacentes.
7. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
primera y/o tercera capas de fibras (4, 6) comprenden fibras que se
extienden inclinadas con relación a la dirección longitudinal del
ancla de perforación, las cuales están incrustadas en resina de
viniléster.
8. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
segunda capa de fibras (5) comprende fibras que se extienden en
dirección longitudinal del ancla de perforación, que están
incrustados en resina epoxi.
9. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
fibras de la primera y/o segunda (4, 5) capas de fibras son fibras
de vidrio.
10. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las
fibras de la tercera capa de fibras (6) son fibras de carbono.
11. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones 2 a 10, caracterizada porque la cuarta
capa de fibras (7) comprende fibras de vidrio, que están incrustadas
con preferencia en resina epoxi, de manera que la rosca (3) está
formada integralmente, libre de corte de fibras, en esta cuarta capa
de fibras (7).
12. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el
ancla de perforación (1) presenta, con relación al volumen, un
porcentaje de fibras de al menos 80% y un porcentaje de resina de
plástico de máximo 20%.
13. Ancla de perforación de acuerdo con una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la
rosca (3) del ancla de perforación (1) está provista con un
recubrimiento de protección endurecido.
14. Procedimiento para la fabricación de un
ancla de perforación de acuerdo con una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el ancla de perforación (1)
está fabricada de varias capas con capas (4, 5, 6, 7) separadas por
medio de pultrusión.
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