Cilindres de nucli de cònic rodant

Els barrils de nucli amb con de rodament són eines de perforació rotatives especialitzades dissenyades per obtenir mostres representatives de nucli de roca en aplicacions de fonament profund, principalment per a l'avaluació de capçal de roca i la caracterització del subsòl en projectes d'excavació profunda i millora del sòl. Aquestes eines consten d'un barril cilíndric amb un tub de nucli intern i un conjunt de capçal rotatiu equipat amb tècniques de perforació amb con de rodament, típicament tres cons rotatius de metall d'acer endurit o de carbur de tungstè amb insercions de tungstè o diamant. El barril de nucli forma la interfície estructural entre el cordó de perforació i el cap de tall, permetent que el material rocós extret sigui capturat i recuperat intacte per a l'anàlisi geològica i geotècnica. Els barrils de nucli amb con de rodament s'apliquen en diverses metodologies de fonament profund: en la construcció de parets de diafragma, on la profunditat i qualitat del substrat rocallós determinen el suport d'excavació i la capacitat de broquet de pilona; en parets de pilones secants i tangent, per verificar la profunditat de capçal de roca i les característiques de l'estrat de suport; en cortines de tall i estructures de control d'infiltracions, per avaluar la permeabilitat i les zones de presa de lechada en horitzons potencials de lechada; i en perforacions d'investigació preliminar del lloc que anticipen treballs d'excavació o fonamentació major. La seva funció principal és proporcionar una recuperació controlada del nucli amb Documentació del Disseny de Qualitat de Roca (RQD), proves de resistència a compressió uniaxial i caracterització de fractures necessàries per a la verificació del disseny i l'assegurament de la qualitat de la construcció. El principi operacional es basa en el par de rotació aplicat al cordó de perforació, que provoca que els cons de rodament girin al voltant de l'eix del barril de nucli mentre s'impulsen contra la cara de roca. L'acció de tall és principalment de rascat i trituració: les dents individuals dels cons descomponen progressivament el material rocallós sota el tall amb con de rodament, permetent que el material fracturat caigui a l'interior del tub de nucli. A mesura que avança la perforació, la secció del barril captura el columna de roca, que es reté mitjançant un capturador de nucli accionat per gravetat (tipus bola o cistella) situat a la base del barril. Un cop s’obté la longitud de nucli desitjada (típicament de 3 a 10 metres per carrera), tota l'assemblea és recuperada i el nucli és extret amb cura, mesurat, registrat i preparat per a proves de laboratori segons els estàndards ISRM (Societat Internacional de Mecànica de Roc). Les configuracions d'equipament inclouen sistemes de fil estàndard (mides de calibres NQ, HQ, PQ que corresponen a diàmetres de nucli de 47,6, 63,5 i 85 mm) i barrils suspesos en rodes convencionals. Els dissenys de tècniques de perforació amb con de rodament varien segons la classificació de duresa de roca: formacions més suaus utilitzen insercions de carburs amb un espaiat de cons més gran, mentre que la roca extremadament dura o abrasiva exigeix tècniques amb botons de carburs de tungstè amb una densitat de botons més propera. Barrils de longitud estesa per a estrats gruixuts, barrils de tub dividit per a una millor preservació de mostres i sistemes de nucli orientat especialitzats per a l'avaluació de geologia estructural representen variants comunes. La selecció de configuracions de barrils de nucli amb con de rodament depèn de la força de roca anticipada (rango UCS), requisits de recuperació de nucli especificats en l'abast d'investigació geotècnica, restriccions de pressupost de perforació i compatibilitat amb la potència de sortida de la plataforma. Els perforadors han de trobar un equilibri entre la qualitat de recuperació i la velocitat de perforació: una alimentació agressiva incrementa la penetració però pot perjudicar la mostreig del nucli i la seva reducció; una tècnica conservadora minimitza el trencament però amplia el calendari del projecte. Els estàndards aplicables inclouen ISO 13311-1 (caracterització de nucli orientat i massa rocallosa), DIN 4095 (norma alemanya per perforacions i extracció de nuclis), i directrius de l'API (Institut Americà del Petròli) adaptades per a aplicacions d'enginyeria civil. L'avaluació de RQD segueix les recomanacions de l'ISRM, amb fotografies de nucli i preservació de caixes de nucli documentades segons els estàndards ISO 14689.