Da roccia morbida a roccia dura: scegliere denti rotondi o appuntiti per punte da trapano DTH: tutto dipende dalla roccia
Nella perforazione fondo foro (DTH), il tipo di roccia è il fattore decisivo nella scelta del profilo del dente della punta. Le differenze di durezza e resistenza alla compressione influiscono direttamente sull'efficienza di frantumazione, sul tasso di usura e sui costi operativi dei denti rotondi (arrotondati) rispetto ai denti a punta. Solo abbinando con precisione la geometria del dente alle proprietà della roccia la perforazione può essere efficiente ed economica; una scelta errata porta a bassi tassi di penetrazione e a una rapida usura della punta.
Roccia tenera: i denti rotondi sono ideali — "frantumazione delicata" per una perforazione efficiente Le rocce tenere sono caratterizzate da bassa durezza e bassa resistenza alla compressione (tipicamente < 30 MPa), come scisto, argilla, marna e arenaria friabile. Queste rocce si rompono senza una perforazione aggressiva; il meccanismo di frantumazione a denti rotondi di "compressione + macinazione" rispecchia questo comportamento ed è la scelta preferita per la perforazione di rocce tenere.
Perché i denti rotondi sono adatti alle rocce tenere Le rocce tenere sono relativamente sciolte e poco resistenti alla compressione. Il design a denti rotondi fornisce un contatto superficiale che crea un'area di contatto più ampia durante l'impatto, distribuendo la forza in modo più uniforme sulla superficie della roccia. Questa compressione causa deformazione plastica e frammentazione, un processo simile a quello di un rullo compressore che compatta il materiale, quindi non sono necessari impatti pesanti e localizzati. Ciò consente di risparmiare energia e riduce al minimo l'eccessiva distruzione della struttura rocciosa. Durante la rotazione, i denti rotondi macinano anche i detriti precedentemente frantumati in particelle più fini, che sono più facili da evacuare con il materiale di lavaggio e hanno meno probabilità di ostruire il foro. La frammentazione uniforme aiuta anche a mantenere la stabilità del foro, evitando profili irregolari del foro e crolli delle pareti.
Problemi con l'utilizzo di denti appuntiti in roccia tenera I denti appuntiti concentrano la forza su un'area molto piccola (contatto puntuale), frammentando eccessivamente la roccia tenera in polvere fine. Questo comporta uno spreco di energia (la potenza non viene convertita in penetrazione efficace) e può portare all'ostruzione dei canali di scarico e dei detriti quando la polvere fine aderisce alle pareti del canale, riducendo l'efficienza di perforazione. Le punte appuntite in un ambiente a bassa resistenza possono deformarsi (piegarsi o smussarsi), riducendo la durata della punta e aumentando i costi di sostituzione.
Roccia dura: si preferiscono denti appuntiti — "penetrazione forzata" per superare l'elevata resistenza. Le rocce dure hanno elevata durezza e alta resistenza alla compressione (tipicamente 60 MPa), come granito, quarzite, basalto e diabase. Queste rocce dense e resistenti non possono essere rotte efficacemente dalla sola compressione; richiedono l'azione di perforazione e spaccatura di denti appuntiti per una penetrazione efficiente. Pertanto, i denti appuntiti sono la scelta ideale per la perforazione di rocce dure.
Perché i denti appuntiti sono adatti alla roccia dura La roccia dura e densa ha un forte legame interno; la sola compressione del contatto superficiale non può romperla. I denti appuntiti concentrano la forza d'impatto su una piccola area di contatto (area di contatto pari a circa 1/5-1/10 di quella dei denti rotondi), producendo una pressione locale molto più elevata (diverse volte superiore a quella dei denti rotondi). Questa pressione concentrata perfora la superficie della roccia e innesca delle crepe. Con la rotazione e l'impatto continui, queste crepe iniziali si espandono, si collegano e si propagano lungo i piani di frattura, spaccando efficacemente la roccia, come un cuneo che spacca il legno. Questo attacca direttamente la struttura interna della roccia e aumenta rapidamente la velocità di penetrazione. Nella perforazione del granito, ad esempio, la penetrazione con denti appuntiti può essere 2-3 volte più veloce rispetto ai denti rotondi ed evita il problema della "rettifica senza penetrazione" che i denti rotondi presentano sulle superfici dure.
Problemi con l'utilizzo di denti rotondi su roccia dura. I denti rotondi distribuiscono la forza su un'area più ampia, impedendo l'elevata pressione locale necessaria per fratturare la roccia dura. Gli impatti producono solo rigature o abrasioni superficiali anziché una vera e propria rottura, quindi le velocità di penetrazione possono essere solo 1/5–1/10 di quelle ottenute con denti appuntiti, sprecando energia nella rotazione a vuoto. Il forte attrito contro la roccia ad alta durezza abrade rapidamente i denti rotondi (che spesso richiedono la sostituzione dopo 1–2 ore), mentre i denti appuntiti nelle stesse condizioni possono durare 4–6 ore. I frequenti cambi di punta aumentano i tempi di fermo e i costi totali.
Roccia medio-dura: decidere in base alla litologia dettagliata: essere flessibili o utilizzare modelli ibridi. Tra la roccia puramente tenera e quella puramente dura si trovano rocce medio-dure (resistenza alla compressione 30-60 MPa), come arenarie dense, calcari cristallini e alcuni gneiss. La selezione dei denti per queste rocce deve considerare la litologia dettagliata (ad esempio, presenza di grani di quarzo, eterogeneità). In molti casi, è appropriato un modello di denti misto o ibrido (arrotondato + appuntito).
Criteri per la scelta dei denti in roccia medio-dura
Se la roccia medio-dura è uniforme e priva di interstrati duri (ad esempio, arenaria densa e omogenea), è preferibile utilizzare "denti rotondi rinforzati" (durezza maggiore e arco di contatto ottimizzato) per migliorare la rottura basata sulla compressione; i denti rotondi possono garantire un'efficienza bilanciata e un'usura ridotta rispetto ai denti appuntiti.
Se la roccia di media durezza contiene particelle di quarzo o punti duri locali (ad esempio, calcare cristallino o arenaria con strati di selce), scegliere "denti corti, robusti e appuntiti" (punte più spesse e dure) per perforare i punti duri locali ed evitare la rapida usura locale dei denti rotondi.
Se la litologia è stratificata (ad esempio, strati morbidi sopra strati duri), utilizzare una punta con denti misti (denti rotondi sull'anello esterno e denti appuntiti sull'anello interno) per gestire strati diversi senza frequenti cambi di punta.
Principio fondamentale per rocce medio-dure: evitare una mentalità "morbido vs. duro" in senso assoluto; la regola è quella di affrontare la caratteristica dominante della roccia. Se la litologia complessiva tende a essere più morbida con solo punti duri locali, dare priorità a denti rotondi con denti appuntiti come supporto. Se la litologia complessiva tende a essere più dura con venature tenere locali, dare priorità a denti appuntiti con denti rotondi come supporto. Convalidare la scelta con una foratura di prova (ad esempio, forare per 10-20 minuti, quindi ispezionare l'usura e la penetrazione dei denti) e apportare modifiche per ottimizzare le prestazioni.
Riepilogo: tre fattori chiave che determinano la scelta dei denti L'influenza del tipo di roccia sulla scelta tra denti rotondi e appuntiti si riduce a tre fattori chiave: durezza, resistenza alla compressione e uniformità strutturale. La logica di selezione può essere riassunta come segue:
Durezza + resistenza alla compressione: bassa durezza/bassa resistenza alla compressione → scegliere denti rotondi; alta durezza/alta resistenza alla compressione → scegliere denti appuntiti.
Uniformità strutturale: litologia omogenea (senza interstrati o punti duri) → è accettabile un singolo profilo di dente corrispondente alla roccia dominante; litologia eterogenea (con interstrati o punti duri) → richiede un accoppiamento flessibile o un modello di denti ibrido.
Obiettivi operativi corrispondenti: se si cerca “alta efficienza + lunga durata” → selezionare la geometria del dente in modo preciso per la roccia; se si necessita di “ampia adattabilità a più litologie” → prendere in considerazione design di denti ibridi o teste di taglio sostituibili.
Il tipo di roccia è il fattore determinante nella scelta dei denti per le punte DTH. Solo comprendendo le caratteristiche della roccia è possibile sfruttare i punti di forza dei denti rotondi e appuntiti e ottenere la massima efficienza di perforazione con il minimo costo.
