¿Se rompe la varilla de perforación en el extremo de la broca? Dos causas que explican casi todas las fallas.
Existe una frustración particular al extraer la sarta de perforación y encontrar la varilla rota limpiamente en la rosca del extremo de la broca; no está desgastada, ni ha fallado gradualmente, simplemente se rompió. La superficie de rotura es reciente. El cuerpo de la varilla por encima de la rotura parece estar bien. Y lo primero que uno piensa siempre es lo mismo: acero defectuoso.
Casi nunca se trata de acero defectuoso. En casi todos los casos, la varilla se rompió porque el terreno cambió y el operario no, o porque el agujero se hizo demasiado profundo para las condiciones y nadie ajustó el plan. A continuación, se explica qué sucede realmente en esa conexión roscada cuando falla y cómo evitar que ocurra en su próximo turno.
La rotura repentina: Cuando el suelo tiende una emboscada a tu caña.
El fallo más inquietante de la varilla es aquel que ocurre sin previo aviso. La broca funciona sin problemas, la penetración es constante y, de repente, ¡zas! La varilla se rompe en la rosca del extremo de la broca, que queda en el fondo del agujero con un trozo de rosca aún en su interior.
Esto ocurre casi exclusivamente en terrenos mixtos o impredecibles. Una varilla que perfora roca uniforme experimenta una carga constante y predecible. La energía del impacto se transmite a lo largo de la varilla, a través de la broca y hacia la roca, siguiendo un patrón uniforme. Las roscas en el extremo de la broca soportan su carga de diseño, ciclo tras ciclo, dentro de los límites de fatiga para los que fueron diseñadas.
Entonces la broca choca con algo diferente. Una dura lente de cuarcita en arenisca blanda. Un hueco donde la broca pierde repentinamente la resistencia y luego se estrella contra la pared opuesta. Una zona fracturada donde la broca se engancha en un borde y la rotación se bloquea momentáneamente. En ese instante, la carga en la conexión roscada se dispara mucho más allá de su valor en estado estacionario. Las roscas, que ya son el punto de mayor tensión en cualquier varilla debido a la concentración geométrica de tensiones en la raíz de la rosca, soportan una carga que puede exceder la resistencia a la tracción máxima del material.
Si el operario está aplicando una alta potencia de impacto y una velocidad de avance rápida cuando esto sucede —que es precisamente lo que haría si el terreno hubiera estado blando y en buenas condiciones hasta ese momento— la varilla no tiene margen de seguridad. La punta impacta, la tensión en la raíz de la rosca supera la resistencia del acero y la varilla se rompe. No gradualmente. No después de cien ciclos. Con ese único golpe.
La solución radica en la percepción del entorno, no en usar varillas más resistentes. Al perforar en terrenos con variabilidad (y en la mayoría de las perforaciones mineras y de construcción, siempre se sabe, o se debería saber), es necesario escuchar la perforadora. Cuando el sonido del impacto cambia de tono, cuando el par de rotación fluctúa repentinamente, cuando la velocidad de penetración disminuye sin razón aparente, el terreno indica que ha cambiado. Disminuya la potencia de impacto y la velocidad de avance antes de que la varilla reciba un golpe que no pueda soportar. Se pierden unos segundos de velocidad de penetración, pero se obtiene una varilla que completa el agujero.
La muerte lenta: El cansancio que parece estar bien hasta que deja de estarlo.
El otro modo de fallo común es más difícil de diagnosticar porque no hay un desencadenante evidente. La varilla simplemente se rompe un día, y al observar la superficie de rotura, una parte está oscura y oxidada (grieta antigua) y otra parte está brillante y reciente (fractura final). Esa superficie de rotura bicolor es la señal inequívoca de fatiga.
Las fallas por fatiga en las barras de perforación ocurren cuando la barra se utiliza en condiciones que superan su límite de resistencia, ciclo tras ciclo, hasta que el microdaño acumulado alcanza un punto crítico. La causa más común de esto es un pozo demasiado profundo para las condiciones del terreno.
He aquí la cadena: a medida que aumenta la profundidad del pozo, la evacuación de los recortes se vuelve menos eficiente. El espacio anular entre la varilla y la pared del pozo se alarga, el aire o el agua de lavado pierde velocidad con la distancia, y las virutas más pesadas comienzan a depositarse en lugar de fluir hacia afuera. La varilla ahora tiene que girar contra la resistencia de los recortes compactados, además de la carga normal de perforación. Esa resistencia rotacional adicional no es uniforme: fluctúa a medida que los recortes se acumulan y se eliminan, se acumulan y se eliminan, y la varilla experimenta una carga torsional cíclica además de la carga de impacto percusivo para la que fue diseñada.
Al mismo tiempo, los agujeros profundos en terrenos fracturados rara vez tienen paredes perfectamente rectas. La varilla se flexiona ligeramente al girar, y esa flexión genera tensión de flexión en cada rotación. La flexión, la torsión y el impacto constituyen una triple amenaza para la fatiga.
La conexión roscada en el extremo de la broca es la que soporta la mayor parte del daño. La raíz de la rosca —que ya de por sí concentra la tensión geométrica, lo que hace que las roscas sean inherentemente más débiles que el cuerpo de la varilla— acumula fatiga con cada ciclo. Se inicia una microfisura en la raíz. Durante los siguientes cientos de metros de perforación, esa fisura crece, micra a micra, hasta que la sección transversal restante no puede soportar la carga y la varilla se rompe.
El operador ve una varilla que parecía estar bien romperse sin previo aviso. Lo que realmente sucedió fue una grieta por fatiga que había estado creciendo durante los últimos cincuenta agujeros, invisible desde el exterior, hasta que alcanzó un tamaño crítico.
Cómo detectar la fatiga antes de que te alcance.
No se puede ver una grieta de fatiga subsuperficial sin una inspección especializada (mediante partículas magnéticas o pruebas ultrasónicas), pero sí se pueden controlar las condiciones que las provocan.
Primero: controle la profundidad del pozo. En terrenos rotos, fracturados o muy abrasivos, un pozo menos profundo con mejor evacuación de los recortes ejerce menos presión sobre la varilla que un pozo más profundo con un flujo de agua deficiente. Si el retorno del flujo de agua en el collarín disminuye o sale turbio, significa que el pozo está demasiado profundo para las condiciones. Deténgase antes de que la varilla sufra las consecuencias.
Segundo: inspeccione las roscas cada vez que la varilla se separe de la cuerda. Busque tres cosas: desgaste por fricción (metal desgarrado y áspero en las superficies laterales), deformación (roscas que ya no están afiladas y limpias en la cresta) y picaduras (pequeñas cavidades por corrosión o cavitación). Cualquiera de estos son concentradores de tensión que aceleran la fatiga. Una varilla con daños visibles en las roscas debe retirarse del servicio, no "one more hole," no "we will keep ight it." Retirada.
Tercero: elija la varilla adecuada para el terreno. Una varilla diseñada para roca homogénea de dureza media no tendrá el margen de fatiga necesario para terrenos fracturados y variables donde la carga es impredecible. En condiciones difíciles, necesita una varilla con una sección transversal mayor en la conexión con la broca, un radio de rosca más amplio y un material que priorice la resistencia a la fatiga sobre la resistencia a la tracción. La varilla que cuesta un 20 % más y dura tres veces más en terrenos difíciles no es cara; la varilla que se rompe a mitad del pozo sí lo es.
