Ejemplos de aplicación de las barras autoperforantes Ischebeck TITAN en trabajos subterráneos

El uso de las barras autoperforantes para la instalación de micropilotes, anclajes, bulones y claveteado de suelos fue desarrollado y patentado por el ingeniero Ernst Friedrich Ischebeck en el año 1984. El sistema nació como solución a los problemas de cimentación que se presentaban en terrenos con reducidos valores de cohesión en los que la perforación sin encamisado se hacía realmente complicada.

La sencillez y fiabilidad del sistema, junto con la calidad del acero y la durabilidad contrastada de los micropilotes Ischebeck TITAN, amplió el campo de utilización a muchos otros trabajos geotécnicos. De las aplicaciones en superficie se llegó enseguida al campo de la minería y los trabajos subterráneos.

En este artículo se van a presentar algunos ejemplos de aplicación del sistema autoperforante Ischebeck TITAN conformes a la Aprobación Técnica Z-34.14-209 otorgada por el Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt) con base en la normativa europea vigente y otras posibilidades de instalación que permiten resolver distintos problemas en las obras subterráneas.

Los micropilotes autoperforantes Ischebeck TITAN, proporcionan una solución dinámica y efectiva, adecuada para cimentaciones profundas complicadas. En particular, cuando los proyectos se desarrollan en espacios confinados o cuando por diversos motivos se tienen que limitar las vibraciones originadas en los trabajos de cimentación por la proximidad a estructuras especialmente sensibles, este sistema permite elevados rendimientos de operación.

El sistema se compone de las barras autoperforantes, manguitos de unión, centradores y bocas de perforación pérdidas. Tal y como se mencionó anteriormente, los micropilotes autoperforantes Ischebeck TITAN cuentan con la Aprobación Técnica del DIBT para su uso en aplicaciones permanentes. La protección permanente frente a la corrosión del elemento de acero juega un papel determinante en las consideraciones iniciales de ingeniería y diseño. En el artículo ‘Uso de los micropilotes autoperforantes Ischebeck TITAN en aplicaciones permanentes’ del ICCP Casimiro Molina Cobos, se explica detalladamente cómo se logra la durabilidad de los micropilotes autoperforantes Ischebeck TITAN (ver referencia bibliográfica [5]) por lo que no entraremos aquí en detalle.

La técnica autoperforante permite en una única maniobra perforar, armar e inyectar. Durante la fase de perforación, en las aplicaciones estándar, se emplea una lechada pobre en cemento (relación A/C = 0.9) que facilita la estabilidad del terreno perforado por la saturación con partículas de cemento y a la vez permite el barrido de los detritus de la perforación. La lechada se inyecta, mediante un cabezal de inyección, a través de las barras autoperforantes y retorna a la boca del taladro por el espacio anular.

Förbifart Stockholm consiste en una serie de túneles subterráneos de autopista, que se encuentra actualmente en construcción entre el intercambiador de Kungens Kurva, en el sur de Estocolmo, y el de Häggvik, al norte de la ciudad. La mayor parte de esta circunvalación, más de 17 de los 21 kilómetros totales, se está construyendo bajo tierra. Una vez finalizado, se convertirá en el tercer túnel de carretera más largo del mundo en las proximidades de una ciudad, después del túnel Westconnex en Sydney y el túnel Yamate en Tokio.

Según Trafikverkert, administración sueca de transportes e infraestructuras, se estima que 140.000 vehículos al día utilicen la autopista. El túnel llega en su punto más profundo a 65 m bajo el nivel del mar. El coste previsto para el proyecto se estima en unos 27.600 MSEK (unos 2.700 M€).

Ischebeck Sweden AB ha suministrado para este proyecto materiales Ischebeck TITAN 73/45 con una resistencia característica R_K de 1.220 kN. Las barras autoperforantes se han empleado para la realización de paraguas de micropilotes de 15 m de longitud unitaria y con un solape entre paraguas de 4.5 metros. La fotografía n° 1 muestra un detalle del paraguas de micropilotes.

Las minas de Boliden, tanto a cielo abierto como subterráneas, son unas de las más productivas a nivel mundial. Una de las razones de este éxito es el constante desarrollo de nuevas técnicas y métodos para explotar los recursos de la mejor manera posible.

Boliden realiza elevadas inversiones en tecnología de mantenimiento y trabaja de un modo constante en la modernización y optimización del diseño, la planificación y la gestión de sus minas para aumentar aún más la calidad.

La geometría de los yacimientos mineros determina si la explotación se lleva a cabo a cielo abierto o de forma subterránea. Para acceder al mineral valorizable en el caso de las explotaciones subterráneas, se procede a realizar rampas, galerías y pozos de ataque.

Es en este contexto donde nuestra filial Ischebeck Sweden AB colabora con los ingenieros en el proyecto minero LKAB/Boliden en Gällivare. El proyecto que se muestra en la fotografía n° 2 presenta una aplicación particular de las barras autoperforantes Ischebeck TITAN 40/16 en los trabajos de estabilización de un pozo minero. Dada la dureza de los terrenos a atravesar la perforación se realiza previamente con un martillo en fondo de Ø = 76 mm. Una vez alcanzada la longitud de diseño se procede a introducir la barra autoperforante, en este caso en tramos de 2 m de longitud debido a las restricciones de gálibo presentes. La conexión entre las distintas barras se realiza mediante los correspondientes manguitos y se asegura con un par de apriete entre 1.600 Nm y 1.800 Nm conforme a la especificación indicada en la tabla 6 de la Aprobación Técnica Z-34.14-209 otorgada por el Deutsches Institut für Bautechnik. Una vez introducida la longitud total de barra necesaria se procede a inyectar la lechada de cemento por el interior de la barra autoperforante y rellena completamente toda la perforación. De esta forma se instalaron un total de 31 micropilotes de longitud variable entre 8 m y 26 metros. 

Se trata de un auténtico monumento de la cultura material del mundo, inscrito en el año 1970 en la primera lista del Patrimonio de la UNESCO. La mina de Wieliczka, es un mundo subterráneo con 700 años de antigüedad. Está formada por 23 cámaras con diferentes composiciones de sal y numerosos lagos salinos. Dentro de la mina se pueden apreciar los distintos métodos de extracción de la sal, las herramientas, los dispositivos de minería y las diferentes formas de transportar la sal desde la mina.

En su interior se pueden admirar las estatuas religiosas e históricas de 300 años de antigüedad talladas por los mineros en sal en las capillas de San Antonio, Santa Cruz y Santa Kinga.

La capilla de Santa Kinga, con unas dimensiones aproximadas de 54 m de longitud, 18 m de anchura y 12 m de altura, es uno de los templos subterráneos más grandes del mundo y se encuentra a una profundidad de 101 metros. El piso está tallado en un bloque uniforme de sal y en su interior se pueden apreciar los bajorrelieves que ilustran los acontecimientos de las páginas del Nuevo Testamento y un belén con más de cien años de antigüedad.

Titan Polska sp. z.o.o., ha participado en numerosos proyectos emblemáticos para salvaguardar el patrimonio histórico de Polonia y ha aportado toda su experiencia para la instalación en la mina de Wieliczka de 17 anclajes TITAN 30/11 INOX de longitud unitaria 6 m y equipados en cabeza con una placa calota inoxidable de dimensiones 200 x 200 x 12 [mm]. Los anclajes se inyectaron con una resina bicomponente de fraguado rápido, Masterroc RBA 380. En la fotografía n° 3 puede apreciarse la instalación de las barras autoperforantes. Y la fotografía n° 4 muestra el proceso de inyección de la resina RBA 380.

Fotografía 4. Proceso de inyección de la resina RBA 380 en la Mina de sal de Wieliczka.

En minería subterránea y/o en la excavación de túneles, cualquier fallo en la roca representa un peligro para las personas que desarrollan los trabajos en el frente, un riesgo de pérdida de los equipos y supone una importante demora en el avance del proyecto.

El desarrollo actual de la tecnología de los equipos empleados en túneles y minería permite la instalación completamente automatizada de anclajes autoperforantes incluyendo la inyección con resinas bicomponentes.

Las barras autoperforantes TITAN 26/15 se han desarrollado específicamente para su instalación con equipos de perforación tipo jumbo dotados de alimentador. De esta manera se permite la realización de los trabajos de fortificación en zonas problemáticas sin necesidad de que haya personal en la zona de avance sin asegurar.

Las barras autoperforantes se emplean como sarta de perforación utilizando barrido mediante aire o agua y finalmente se activan como bulones para roca mediante la inyección de resinas de 2 componentes. Durante el proceso de perforación e inyección se procede también a la instalación de la construcción en cabeza constituida por una placa de apoyo circular y una tuerca semiesférica. Los dos componentes de la resina reaccionan rápidamente lo que permite que el anclaje entre en carga de forma prácticamente inmediata.

En la tabla n° 1 se presenta una comparativa entre la aplicación de las barras autoperforantes TITAN 26/15 con resinas bicomponentes de fraguado rápido frente a las soluciones que emplean cartuchos de resina. La tabla n° 2 indica los datos técnicos de las barras TITAN 26/15.

Friedr. Ischebeck GmbH desarrolla, desde la invención de los micropilotes autoperforantes allá por los principios de la década de los años 1980, un gran esfuerzo en I+D+i para aportar nuevas soluciones al interesante mundo de la geotecnia. Esto le permite actualizar la Aprobación Técnica Z-34.14-209 y mantenerse como referencia a nivel mundial en el mercado de los micropilotes autoperforantes.

En este artículo se han mostrado distintas aplicaciones en el campo de las obras subterráneas y la minería. Los nuevos desarrollos buscan aportar en primer lugar seguridad, calidad y durabilidad (permanente), sin perder de referencia los conceptos de sencillez, rapidez y eficacia. Todo esto se traduce en rendimientos elevados y beneficios económicos para todos los interlocutores involucrados en el proyecto. 
En la actualidad hay que aportar también soluciones digitales que se implementen de forma prácticamente automática en los procesos de elaboración de proyectos y soluciones técnicas. Para ello Friedr. Ischebeck GmbH pone a su disposición en la página web https://www.ischebeck.de/en/service/smart-titan/ las soluciones smartTITAN para el diseño online de micropilotes y los modelos 3D en formato dwg y BIM compatibles con Revit.

Bibliografía

[1] Allgemeine bauaufsichtliche Zulassung/Allgemeine Bauartgenehmigung. Nummer Z-34.14-209. Geltungsdauer bis 3. April. 2026. Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt)

[2] Cimentación mediante micropilotaje autoperforante TITAN en la zona comercial de la ampliación de Port Adriano (Mallorca). Carlos Roca Cerdá. Ingeopres n° 219 (2012), páginas 22 a 28.

[3] Ischebeck TITAN en Latinoamérica: pernos autoperforantes. Ingeopres n° 233 (2014), páginas 34 a 38. Departamento de Marketing de Friedr. Ischebeck GmbH.

[4] Modern technologies for engineering protection in landslide areas. Alexej Junker, Óscar Pro. SCG XIII International Symposium on landslides. Cartagena, Colombia, June 15th – 17th 2020.

[5] Uso de los micropilotes autoperforantes Ischebeck TITAN en aplicaciones permanentes. Casimiro Molina Cobos. Ingeopres n° 287 (2021), páginas 10 a 15

[6] Corrosión protection of micropiles. Raquel Nottingham, M.Sc., Friedr. Ischebeck GmbH, Ennepetal, Germany. Marc Mastrantuono, Ischebeck USA Inc., Naples FL, USA. Georesources journal 4-2022.

[7] Anclaje del revestimiento de hormigón proyectado en la rehabilitación de un túnel. Msc.-Ing Frank von Havranek. Friedr. Ischebec 26k Gmbh. Ingeopres n° 305 (2023), páginas 70 a 78.