5.0 Study 3
5.1.3 Function Exposure Task
Se instrumentaron barras o pernos de acero helicoidales tipo Saferock, para modelar los anclajes de soporte utilizados en túneles de la mina El Teniente. Los detalles de la instrumentación dependen del tipo de ensayo ejecutado, entre los cuales se encuentran ensayos a tracción pura en laboratorio, ensayos a tracción pura en terreno y ensayos de barras ancladas a la losa de hormigón con distintos materiales. Los ensayos modelan los tipos de solicitación teóricamente esperados (ver modelos A y B en Fig. 2.28). La instrumentación contempló tanto el uso de strain gages como de la tecnología BOTDR, con la finalidad de contrastar los resultados obtenidos durante los ensayos. Se efectuaron los procedimientos recomendados para la correcta instrumentación con los dispositivos de
El primer tipo de instrumentación fue realizado para ensayos en laboratorio y losa de tracción pura, donde la losa representa en este caso el trozo de roca que se puede desprender, como se muestra en el modelo tipo B de la Fig. 2.28. El segundo tipo de ensayo corresponde al modelo de la zona del perno que quedará anclado a la roca mediante el material usado para este efecto, ya sea hormigón, grout o resina epóxica (modelo tipo A, Fig. 2.28).
La metodología de instrumentación de pernos propuesta por esta investigación, está siendo patentada, por lo cual no será publicada hasta el término de este proceso.
La Fig. 4.7 muestra un esquema general de un perno instrumentado para la presente investigación, indicando los tramos típicos de la fibra sensora, descritos a continuación en el sentido de avance desde el analizador BOTDR.
• Tramo libre de fibra embossing desde o hacia el analizador
• Tramo 1 pegado o amarrado al perno, que es el que se deformará junto a él, • Loop de fibra, que puede estar conformado por fibra embossing o por fibra ultra-
flexible
• Tramo 2 (análogo al tramo 1)
• Tramo libre final y corte de fibra embossing
En la siguiente sección se muestra con mayor detalle la instalación de fibra sensora en los pernos de anclaje.
Fig. 4.7: Esquema general de perno instrumentado con fibra óptica y strain gages
4.2.1. Alternativas de Instalación de Fibra Sensora en Pernos:
A continuación se describen las alternativas de instalación de fibra sensora comúnmente utilizadas para instrumentar pernos de anclaje durante la presente investigación. En las descripciones se meciona el término “mapear la fibra”, el cual se refiere a hacer mediciones manuales de los largos de tramos relevantes de la fibra (como los mencionados anteriormente) y las ubicaciones de puntos característicos, como por ejemplo, la ubicación en (m) donde la fibra comienza a estar adherida al perno, o el punto en la fibra cuando pasa junto a un strain gage, etc. Estos mapeos se muestran en detalle en el anexo C.
¾ Alternativa de Instalación 0
Esta alternativa no permite saber la deformación aplicada inicialmente. Fue utilizada en los primeros ensayos en pernos realizados en laboratorio. Requiere
que se utilice sólo fibra embossing, sin fusiones en la zona de loop, o simplemente hacer las fusiones posteriormente a la instalación de la fibra en la barra. Sólo la fibra amarilla de conexión al analizador puede estar fusionada previamente. No necesita la polea, ya que se tensa manualmente.
¾ Alternativa de Instalación 1
Esta alternativa permite deducir la deformación inicial aplicada a la fibra al tensarla (mediante tabla o gráfico tensión-deformación que se confeccionó en pruebas anteriores de calibración de la fibra), además de asegurar que está deformación sea igual en ambos tramos. Requiere que se utilice sólo fibra embossing, sin fusiones en la zona de loop, o simplemente hacer las fusiones posteriormente a la instalación en la barra. Las zonas de fusiones deben ser protegidas por una manguera plástica corriente, de 4 a 6mm de diámetro interior y 7 a 9mm de diámetro exterior1. Sólo la fibra amarilla de conexión al analizador puede estar
fusionada previamente para poder llevar a cabo el proceso.
¾ Alternativa de Instalación 2
Esta alternativa no permite saber la deformación aplicada inicialmente, pero sí permite que esta sea igual en ambos tramos. También requiere que se utilice sólo fibra embossing, sin fusiones en la zona de loop, o simplemente que se hagan las fusiones posteriormente a la instalación de la fibra en la barra. Sólo la fibra amarilla de conexión al analizador puede estar fusionada previamente. No necesita la polea, ya que se tensa manualmente.
¾ Alternativa de Instalación 3
Esta alternativa permite tener una idea de la deformación inicial aplicada a la fibra al tensarla, además de asegurar que esta deformación sea igual en ambos tramos. Permite que existan fusiones previas a la instalación en la barra en la zona del loop, pero requiere que la fusión de la fibra amarilla de conexión al analizador se haga al final del procedimiento.
4.2.2. Conclusión sobre alternativas de instalación:
La opción más conveniente, de acuerdo a lo observado durante la confección de pernos, es la alternativa de instalación 3, con protección de resina en zona del loop. Ésta requiere del uso de fibra ultra-flexible, cuya fusión debe ser hecha previamente a la instalación de la fibra en anclajes. Además, el loop debe quedar dentro de la barra y no fuera de ella, de tal manera de evitar que se dañe al insertar los anclajes en la roca. Un loop corto de este tipo se recomienda además para efectos del cálculo de deformaciones, permitiendo dar continuidad y mayor longitud al tramo tensado de fibra considerado por el sistema al tomar lecturas sobre la resolución espacial. O visto de otra forma, para que exista un menor tramo que esté promediando deformación nula. Particular cuidado debe tenerse con las zonas de fusión aledañas al loop, las cuales hasta ahora se han protegido con las mangueras plásticas mostradas anteriormente y fijando la fibra con cinta adhesiva o silicona. Si existe demasiada movilidad en la fibra dentro de las mangueras, es posible que ésta quede enrollada, entregando curvas de espectro irregulares. También puede cortarse fácilmente, siendo ésta la zona más frágil de la fibra. La fibra en la zona del loop no debe ir adherida a la barra para evitar que esta zona sea traccionada.
El pretensado aplicado sobre la fibra en todas las alternativas de instalación, tiene como objetivo fundamental el permitir observar con mayor claridad la zona de interés en los pernos de anclaje instrumentados. De esta forma, si el pegamento es capaz de mantener la deformación inicial en la fibra, una vez que se ha quitado el sistema de gancho y pesos utilizados en el proceso de instrumentación, es posible definir a través de la interfaz gráfica del software, los puntos de observación relevantes durante los ensayos, siendo éstos donde se espera exista incremento de deformación luego de la aplicación de
debido a su buen desempeño, corresponde a Speedbonder H3151® de LOCTITE®. Este
adhesivo es el que se utiliza en los últimos ensayos realizados durante la investigación. En la Fig. 4.8 se muestra un ejemplo de lectura del sistema BOTDR justo antes de empezar un ensayo con aplicación de cargas, es decir, en el momento en que el perno ya se encuentra instrumentado (según la alternativa escogida) y anclado a la losa de hormigón. Los datos corresponden al ensayo AR 08-sep-2008. Figuras similares para distintos niveles de carga de este y otros ensayos, se presentan en el anexo E.
Fig. 4.8: Deformación unitaria versus distancia, entregada por sistema BOTDR. Datos ensayo AR 08-sep-2008, sin carga (0Kgf).
Un objetivo adicional que justifica el pretensado sobre la fibra, es el acercarse más tempranamente a la condición presentada por Zhang & Wu (2008) para el caso de deformación unitaria (ε) > 0,25%, donde el peak original de la curva de espectro y aquél asociado a la deformación aplicada, son claramente distinguibles.