sprijiniri elastice ancore - wordpress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a...

9
Cursul 6 Construcţii subterane SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE Ancorele normale si cele pretensionate sunt utilizate de mult timp pentru susţinerea deschiderilor subterane şi de-a lungul vremii au fost dezvoltate mai multe tipuri de tije, pentru a răspunde unor probleme diverse ce apar în domeniul sprijinirii construcţiilor subterane. Ancorele, în general constau din tije din oţel, cu un cap de ancorare la capătul dinspre masiv şi o plăcuţă cu o piuliţă la capătul opus. Acestea sunt întotdeauna tensionate dupa motaj. Pentru lucrările de scurtă durată tijele sunt în general lăsate nebetonate. În cazul sprijinirilor permanente sau atunci când în rocă este prezentă apa care poate produce coroziunea, spaţiul dintre tijă şi gaura de foraj a ancorei poate fi umplut cu mortar sau răşini. În cazul ancorelor betonate tijele ancorelor sunt de obicei realizate din bare de oţel care sunt cimentate (betonate) în gaura de foraj. Tensionarea nu este posibilă, iar încărcarea din ancorele pretensionate este generată de mişcările din masivul de rocă. Pentru a fi eficiente ancorele pretensionate trebuie sa fie montate înainte de mişcarea masivului de roca. Figura 1 ilustreaza diferite modele de ancore a căror aplicare diferă în funcţie de caracteristicile masivului de rocă. Fig.1 Diferite scheme de ancorare in funcţie de natura rocii

Upload: others

Post on 04-Mar-2020

7 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

SPRIJINIRI ELASTICE

ANCORE Ancorele normale si cele pretensionate sunt utilizate de mult timp pentru susţinerea deschiderilor subterane şi de-a lungul vremii au fost dezvoltate mai multe tipuri de tije, pentru a răspunde unor probleme diverse ce apar în domeniul sprijinirii construcţiilor subterane. Ancorele, în general constau din tije din oţel, cu un cap de ancorare la capătul dinspre masiv şi o plăcuţă cu o piuliţă la capătul opus. Acestea sunt întotdeauna tensionate dupa motaj. Pentru lucrările de scurtă durată tijele sunt în general lăsate nebetonate. În cazul sprijinirilor permanente sau atunci când în rocă este prezentă apa care poate produce coroziunea, spaţiul dintre tijă şi gaura de foraj a ancorei poate fi umplut cu mortar sau răşini. În cazul ancorelor betonate tijele ancorelor sunt de obicei realizate din bare de oţel care sunt cimentate (betonate) în gaura de foraj. Tensionarea nu este posibilă, iar încărcarea din ancorele pretensionate este generată de mişcările din masivul de rocă. Pentru a fi eficiente ancorele pretensionate trebuie sa fie montate înainte de mişcarea masivului de roca. Figura 1 ilustreaza diferite modele de ancore a căror aplicare diferă în funcţie de caracteristicile masivului de rocă.

Fig.1 Diferite scheme de ancorare in funcţie de natura rocii

Page 2: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Ancorele mecanice Ancorele cu pană sunt produse într-o mare varietate dar, principiul de bază este acelaşi. Cum se poate vedea in figura 2, elementele componentele tipice ale unei ancore cu pană sunt: o bucşă conică cu filet intern si doua pane ţinute de colier. Conul este inşurubat pe capătul filetat al tijei ancorei şi intregul ansamblu este introdus în foraj. Odată ce ansamblul este motat, prin tragere bruscă se va produce instalarea ancorei. Prin strângerea tijei se va forţa şi mai mult conul, astfel mărindu-se capacitatea ancorei. Aceste ancore tip pană sunt eficiente în roca tare dar nu şi în roca foarte fisurată sau în rocă moale, din cauza deformarii si cedarii rocii la contactul cu panele. În asemenea roci, se recomandă ancore chimice.

Fig.2 Ancore mecanice tip pană

Celălalt capăt este fix sau filetat prevăzut cu piuliţă. Se prevede deasemenea o plăcuţă pentru distribuirea încărcării pe suprafaţa rocii. Mai este necesară şi o şaibă sau şaibă împerecheată care să permită strângerea avand in vedere faptul ca de cele mai multe ori tija nu este perpendiculara pe fata rocii. Exista o mare varietate de plăcuţe sau şaibe conice pe piaţă (fig. 3). În general, filetul trebuie sa fie cât mai brut (mai degrabă rulat decât prelucrat prin aşchiere). Un filet fin poate fi foarte uşor deteriorat şi poate cauza probleme de instalare în mediul subteran. Filetul prelucrat prin aschiere slăbeste tija şi, de obicei aceasta cedează în dreptul piuliţei. În schimb tijele prelucrate prin roluire sunt mult mai scumpe iar pretul lor ridicat le limiteaza aplicarea în cazurile în care sunt necesare tije de mare duritate. În cazul ancorelor tensionate este important ca toate componentele să fie în contact si să se aplice o forţă pozitivă rocii. În cazul tijelor de “siguranţă redusă”, tensiunea aplicată nu este importantă şi acestea pot fi strânse cu o cheie obişnuită sau cu una pneumatică. Daca tijele trebuie sa preia o incarcare mare, se recomanda ca initial tensionarea acestora sa fie facuta la maxim 70% din capacitatea maximă, asigurându-se astfel o rezervă care poate fi utilizată în cazul în care apar deplasări în masivul de rocă.

Page 3: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Fig.xxx Tipuri de placi de capat

Una din principalele cauze ale cedării ancorelor este coroziunea şi poate fi prevenită prin umplerea spaţiului dintre tijă şi rocă cu mortar. La galeriile miniere umplerea cu mortar nu este necesară decât in cazul prezenţei apei sau în cazul în care ancorele au un rol permanent. Metoda tradiţională constă în utilizarea unui tub prin care mortarul este introdus în foraj şi a unui tub, de diametru mai mic, prin care este evacuat aerul din foraj. Tubul de aeraj este, de regulă, prins de capatul tijei, si din aceasta cauza poate fi avariat la transport sau cand este introdus în foraj. În plus plăcuţa trebuie să fie găurită pentru a permite accesul celor două tuburi. O problemă poate fi şi etanşarea sistemului de injecţie.

Fig. 4 Sistem de injectie pentru ancorele mecanice.

Multe dintre aceste dificultăţi pot fi depăşite prin utilizarea tijelor tubulare procesul de injectie fiind mult mai fiabil si ar trebui luate in calcul oriunde se instaleaza ancore

Page 4: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

permanente. Mortarul de injectie este injectat printr-un tub scurt in foraj iar tija propriu-zisa tubulară asigură evacuarea aerului. La instalarea ancorelor cu inclinare în jos, mortarul va fi inectat prin tija ancorei iar tubul va fi folosit pentru evacuarea aerului. Prin injectarea cu mortar a ancorelor mecanice este prevenită coroziunea şi se asigură fixarea ancoreiîmpotriva vibratiilor datorate puşcării si deplasărilor din rocă. În acest caz calitatea mortarului nu este atât de importantă ca în cazul ancorelor pretensionate sau a cablurilor. Mortarul trebuie să poată fi pompat fără a fi însă prea fluid (un raport apă/ciment de 0.4-0.5). Umplerea spaţiului dintre tijă şi foraj trebuie să fie completă, inecţia continuând până în momentul în care nu mai iese aer prin tubul de refulare. Ancore chimice

În cazul ancorele mecanice se manifestă o tendiţă de slăbire a acestora atunci când sunt supuse vibraţiilor sau când sunt introduse în rocă slabă. În aceste cazuri se recomandă utilizarea ancorelor chimice. Un produs tipic răşinos este compus din doua elemente, o raşina si catalizatorul. Acestea sunt introduse în fiole separate in gaura de foraj, înainte de introducerea tijei ancorei. Prin spargerea fiolelor la introducerea tijei si apoi prin rotirea acesteea se realizează amenstecul celor două componente. Întărirea răşinei se realizeză în cateva minute asigurând un ancoraj foarte puternic.

Fig. 5 Exemplu de ancora chimică.

Acest tip de ancoră functionează în majoritatea tipurilor de rocă, inclusiv în cele slabe în care ancorele tip pană nu sunt eficiente. Pentru ancoraje permanente, în anumite zone, pot fi utilizate ancorele chimice cu răşini cu întărire rapidă sau întârziată.

Page 5: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Fig.6 Ancore cu răşini

Prin rotirea tijei se produce amestecul componentelor şi se activează reacţia chimică. Răşinile cu intrire rapida sunt plasate în capatul tijei, ancora putând fi astfel tenisonata doar în câteva minute de la instalare. Întărirea completă a răşinii durează cca 30 minute. Pretensionarea este asigurată de răşinile cu întărire intârziată iar rezultatul este o ancoră complet injectată cu răşini.

Page 6: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Fig.7 Instalarea ancorelor cu răşini

Costul ridicat al răşinilor este compensat de viteza de executie conducând la rezultate ce sunt mai greu de obtinut cu alte sisteme. Totusi o problemă o reprezintă termenul de valabilitate limitat al răşinilor. În funcţie şi de conditiile de depozitare acesta poate ajunge şi la şase luni. Cantităţile de răşină procurate trebuie limitate de folosirea lor in termenul de valabilitate. Depozitarea lor trebuie facută conform instrucţiunilor producatorului. În condiţii critice este bine ca o ancoră, din fiecare lot, să fie sacrificată pentru a testa proprietăţile înainte de folosire în subteran. În cazul rocilor argiloase slabe, suprafaţa interioară a forajului poate fi acoperită de argile, care la randul lor, pot provoca alunecarea fiolelor de răşină în timpul rotaţiei tijei, având ca rezultat amestecarea incompletă şi o fixare necorespunzătoare. În roci cu fisuraţie mare, răşina poate fi drenată în fisuri, astfel lăsând goluri în coloana de răşină. În ambele cazuri folosirea injecţiei cu mortar este mai eficientă decât ancorele chimice. Ancore betonate

Cand condiţiile de motaj a susţinerilor permit apropierea de frontul de excavatie, sau pentru anticiparea schimbărilor de tensiune din etapele ulterioare excavatiei, pot fi folosite ancorele pretensionate în locul ancorelor clasice. Diferenţa între cele două este aceea că prin ancorele clasice se aplică o forţă pozitivă asupra rocii, în timp ce ancorele pretensionate depind de mişcările din masiv pentru a fi activate. Execuţia forajelor sub umbrela de ancore este un bun exemplu de aplicabilitate al celor din urma. Cea mai simpla forma de ancora betonată este cea injectata cu mortar. Se pompează un mortar gros ( raport apa/ciment 0.3-0.35) in foraj, printr-un tub de injectie care este extras progresiv din foraj, pana la umplerea acestuia. Daca este folosit un mortar suficient de vascos acesta nu va curge din foraj. Tija ancorei este introdusa pe jumatate si este usor indoita, dupa care este introdusa pana la capat. Aceasta curbura va fixa ancora in foraj in timp ce mortarul se intareste. Odata mortarul intarit, se instaleaza o placuta si o piulita la capatul ancorei, ce vor împiedica desprinderea rocii, în momentul activării ancorei prin mişcări ale masivului.

Page 7: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Fig. 8 Ancoră betonată

In zonele de falie sau de intersectie cu minereu, miscările din rocă pot deteriora ancora prin abraziune sau forfecare. Capatul ancorei poate impidica fenomenele curgere a rocii, şi astfel ancora poate fi smulsă, indoită sau ruptă. Ca alternativă, în asemenea cazuri, în locul tijei se poate folosi cablu flexibil.

Fig. 9 Ancore betonate utilizând cabluri

Modele mai vechi de ancore pretensionate, cum sunt “perfobolţurile” scandinave, in care mortarul este injectat dupa introducerea tijei sunt din ce in ce mai rar folosite. Montajul este mult mai complex si consumă timp, iar comportarea ancorei diferă de cea a ancorelor pretensionate simple.

Page 8: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Ancore pretensionate cu frecare sau şpiţuri

Spiturile au fost inventate de Scott (1976-1983) si sunt fabricate si distribuite de Ingersoll-Rand. Sistemul consta dintr-un tub culisant de inalta duritate si o placuta. Este motat prin introducerea în gaura de foraj a cărei diametru este putin subdimensionat. Forţa radială generată de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigură ancorarea prin frecarea cu pereţii găurii.

Fig. 10 Ancoră şpiţ

Datorita simplitatii si vitezei mari de montare, sistemul a capatat o larga raspandire. Acest tip de ancoră este potrivit in zonele cu executie prin puscarea rocii, deoarece, folosit in tandem cu plasa, are tendita mai degraba sa alunece decat sa se rupa, astfel retinand fragmentele de roca expulzate. Daca solicitarea la care sunt supuse spiturile nu depaseste capacitatea lor sistemul poate fi folosit cu succes. Problema cea mai mare a spiturilor ramane coroziunea, din moment ce protectia fetelor exterioare nu este posibila. Prin galvanizare se poate reduce coroziunea, dar pentru aplicatii de lunga durata nu se poate conta nici pe aceasta. Singura solutie poate fi folosirea spiturilor din otel tip inox. Ancorele tip Swellex Inventate si distribuite de Atlas Copco, sistemul swelex este prezentat in figura 11. Ancora, cu lungimi de pana la 12 m, consta dintr-un tub de 42 mm diametru, caruia i s-a practicat un şliţ in timpul fabricatiei, astfel diametrul tubului ajungând la 25-28mm. Acest tub, se introduce intr-un foraj de 32-39 mm. Ancora nu are nevoie de impingere iar activarea sa este facuta prin injectia de apa la presiuni mari (30 Mpa), care conduce la umflarea tubului pana la contactul cu peretii forajului.

Page 9: SPRIJINIRI ELASTICE ANCORE - WordPress.com · 2011-05-30 · generat ă de rezistenta elastica a tijei in forma literei C, asigur ă ancorarea prin frecarea cu pere ii g ăurii. Fig

Cursul 6 Construcţii subterane

Fig. 11 Ancore tip Swellex

Din 1993 ancorele Swellex au fost inlocuite cu EXL Swellex, care sunt fabricate dintr-un otel ductil de duritate mare. Astfel se asigura deformatii mari fara pierderea capacitatii otelului. Coroziunea ancorelor de tip Swellex este un motiv de ingrijorare, din moment ce suprafata exterioara a ancorei este in contact direct cu roca. Marele avantaj pe care il prezinta aceste ancore este viteza de executie in comparatie cu ancorele traditionale.