Útiles para perforación de sondeos

Introducción útiles de perforación

Una de las actividades más importantes en las ciencias de la Tierra es la realización de prospecciones para determinar las características del suelo donde se vaya a asentar el proyecto u obra civil.

Estas características incluyen condiciones geológicas e hidrogeológicas de la zona, perfiles estratigráficos, propiedades físicas-mecánicas del suelo, su capacidad portante, profundidad a la que se ubica el nivel freático, el riesgo a erosión, sifonamiento y a cualquier fenómeno con efectos similares que afecten el desempeño de la construcción.

El correcto desempeño de los sondeos geotécnicos reside en muchos factores, pero las herramientas para realizarlos es uno de los elementos principales. Esto se debe a que el tipo de útil de perforación es el que asegura la eficiencia al atravesar el material, extraer testigos y efectuar ensayos in situ.

También se debe considerar que los sondeos geotécnicos se caracterizan por pequeño diámetro, ligereza y versatilidad, cualidades que estos útiles deben garantizar. Sumado a esto, es necesario que estos tengan la resistencia suficiente para poder atravesar rocas de resistencias medias y altas, así como llegar a grandes profundidades superando los 150 metros.

Al momento de escoger el tipo de útil de perforación se debe considerar: 

• Cantidad de muestras que se necesitan extraer.
• Vida útil de la herramienta.
• Profundidad que se debe alcanzar.
• Tasa adecuada de penetración por equipo.
• Dureza del estrato a perforar.
• Geometría del útil dependiendo de las condiciones del terreno y la presencia de agua.

Tipos de útiles de perforación

Coronas

Son los útiles de perforación más conocidos y difundidos en la realización de sondeos geotécnicos en formaciones rocosas de distintas resistencias. La función de las coronas es fracturar o fragmentar a la roca hasta alcanzar un tamaño manejable para facilitar la extracción del material a la superficie.

Las coronas son de diamantes o de widia usualmente, la elección entre una y otra depende de las características del terreno y del presupuesto disponible. En los útiles de corona se distinguen dos partes esenciales: el cuerpo que sirve de nexo con el sacatestigos y la matriz o cabeza donde se incrustan el material de alta resistencia sea acero, diamantes o widia.

Coronas de widia

Antes de entender cómo funcionan los útiles de coronas de widia, se necesita entender que es la widia y cuáles son sus principales características. La widia es un aglomerado de carburo de wolframio o de tungsteno, material que se acerca en resistencia a los diamantes, sin alcanzar su dureza. Por otra parte, este material supera significativamente la resistencia y la insensibilidad a desgastes o abrasiones de los aceros comúnmente utilizados en sondeos. La widia posee un costo mayor que estos aceros, pero menor que los diamantes, ya que el valor comercial de estos materiales aumenta en proporción de su resistencia.

Las coronas de widia están formadas por prismas octogonales de unos 15 mm de longitud incrustados en el perímetro del elemento. Estas coronas son de alta resistencia y su uso se recomienda en rocas blandas o de dureza media. Además, para casos donde se necesite perforar materiales constructivos es óptimo en mortero, cerámica, mármol y otros.

Coronas de diamante

Estos útiles permiten perforar rocas muy duras de resistencia elevada. Las coronas de diamantes se pueden clasificar dependiendo de la distribución de los diamantes en la matriz en dos tipos: las coronas de concreción y las coronas de inserción.

Las primeras se caracterizan por tener una distribución regular en la matriz y las segundas por tener incrustados en la superficie los diamantes dando una forma de casquete. Los diamantes pueden ser industriales de origen natural o sintéticos.

Trialetas

La trialeta es una broca diseñada para usarse en terrenos blandos, como arcillas o rocas de baja resistencia, donde los triconos o brocas tricónicas pierden su eficiencia. Este tipo de útil se caracteriza por tener una cabeza usualmente de tungsteno que cuenta con tres aletas que lo hacen especialmente apropiado para perforaciones rotativas donde se busca fragmentar la roca por efecto de compresión, corte o por la acción simultanea de ambos. Las trialetas pueden tener distintos tamaños desde 7/8’’ hasta 8’’ y se usan tanto para perforaciones de exploraciones como para exploraciones ambientales, mineras, geotérmicas y para pozos de agua.

Triconos

Esta es una herramienta que tuvo sus inicios hace un poco más de 100 años, pero no fue hasta la década de los 60’s, que se desarrollaron los equipos rotativos, que el uso de los triconos se masificó, especialmente en el área de la minería. Estos útiles permiten perforar formaciones rocosas tanto blandas como muy duras. Usualmente las perforaciones con esta broca se realizan por medio de bombas de lodo, tienen un rendimiento aproximado de 60 a 100 m/turno y llegan a atravesar profundidades de hasta los 200 metros. Los diámetros de estas piezas varían según su uso, pero en obras civiles los diámetros alcanzan la eficiencia cuando están el rango de los 100 a 300 mm.

El trabajo de los triconos se basa en dos mecanismos: la indentación y el corte. La primera consiste en la trituración de la roca cuando los dientes del útil penetran en la roca por empuje (el empuje es desencadenado por accionamiento hidráulico). Por su parte, el sistema de corte se da por el movimiento lateral y trae como resultado la fragmentación de las rocas, esto ocurre predominantemente con rocas blandas. Además, este tipo de brocas se dividen en dos familias o dos grandes grupos: los de dientes de acero destinados para formaciones blandas o de dureza media y los triconos con insertos de tungstenos para formaciones duras. 

No se suelen usar en geotecnia pero si en minería, hidrogeología y recursos energéticos.

Hélices

Las hélices pueden usarse para perforaciones en terrenos duros o rocas y/o para suelos de dureza media o blanda. En el área de las perforaciones con fines de exploración, conocidos como sondeos, se utilizan con el método de sondeo con barrena helicoidal. Su función es extraer desmenuzado el material por el sinfin, pudiendo ser aplicado en suelos blandos y cohesivos.

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