ES2323023T3 - Procedimiento y dispositivo para la realizacion de una perforacion en el suelo mediante perforacion por desplazamiento. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la realizacion de una perforacion en el suelo mediante perforacion por desplazamiento. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para la realización de una perforación (1) en el suelo (3) mediante perforación por desplazamiento, en el que - una barra de perforación (10), que presenta en un tramo inferior al menos una zona de desplazamiento (20) de sección transversal aumentada y entre una punta de la barra de perforación y la zona de desplazamiento (20) al menos una hélice transportadora (11, 12), se introduce de forma rotativa en el suelo (3), - se registran parámetros operacionales de la barra de perforación (10) al introducir la barra de perforación (10) en el suelo (3), y - los parámetros operacionales se utilizan para la determinación de la capacidad de carga de la perforación (1), caracterizado porque al menos el par de fuerzas en la barra de perforación (10) y la profundidad de penetración de la barra de perforación (10) por revolución se utilizan como parámetros operacionales, porque para la determinación de la capacidad de carga de la perforación (1) se genera un cociente entre el par de fuerzas en la barra de perforación (10) y la profundidad de penetración de la barra de perforación (10) por revolución, y por ello se establece un índice de capacidad de carga ({alpha}), y porque para el establecimiento de una regla de asignación entre el índice de capacidad de carga ({alpha}) y la capacidad de carga se realizan de antemano perforaciones de prueba en capas de suelo con propiedades conocidas.
Description
Procedimiento y dispositivo para la realización
de una perforación en el suelo mediante perforación por
desplazamiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
la realización de una perforación en el suelo mediante perforación
por desplazamiento, en el que una barra de perforación, que presenta
en un tramo inferior al menos una zona de desplazamiento de sección
transversal aumentada, se introduce de forma rotativa en el suelo,
se registran parámetros operacionales de la barra de perforación al
introducir la barra de perforación en el suelo, y los parámetros
operacionales se utilizan para la determinación de la capacidad de
carga de la perforación, según el preámbulo de la
reivindica-
ción 1.
ción 1.
La invención se refiere además a un dispositivo
para la realización de una perforación en la tierra mediante
perforación por desplazamiento según el preámbulo de la
reivindicación 8. Un dispositivo semejante está configurado con una
barra de perforación, que presenta en un tramo inferior al menos una
zona de desplazamiento de sección transversal aumentada, y un
dispositivo de accionamiento para el accionamiento en rotación y el
desplazamiento axial de la barra de perforación, estando previstos
medios para el registro de los parámetros operacionales de la barra
de perforación al introducir axialmente la barra de perforación en
el suelo, y estando previsto un dispositivo de cálculo que dispone
en una relación matemática los parámetros operacionales para la
determinación de la capacidad de carga de la perforación.
Un procedimiento genérico y un dispositivo
genérico se conocen, por ejemplo, por el documento EP 1 277 8871
A2.
En un procedimiento conocido de perforación por
desplazamiento se introduce en el suelo una barra de perforación
que en la zona de su extremo del lado del suelo presenta una zona de
desplazamiento. En esta zona de desplazamiento la barra de
perforación está configurada con un diámetro mayor comparado con los
tramos de la barra de perforación dispuestos más abajo. En la zona
de desplazamiento se desplaza el material sometido a perforación que
aflora, configurando una cavidad y compactando las zonas adyacentes
del suelo de forma radial respecto a la barra de perforación. En la
cavidad originada puede introducirse un material de relleno para la
formación de un elemento de cimentación. Por ejemplo, del documento
DE 103 44 353 A1 y del documento DE 42 20 976 C1 se desprenden
procedimientos para la perforación por desplazamiento.
Para la determinación de la capacidad de carga
se conocen sondeos por percusión, por ejemplo, el "Standard
Penetration Test (Ensayo de penetración estándar)" (SPT). En el
ensayo de penetración estándar se introduce una sonda de percusión
normalizada en el suelo y se mide el número de percusiones que son
necesarias para la introducción de la sonda una distancia
determinada. Mediante la compensación del número establecido de
percusiones con factores empíricos en base al tipo de suelo puede
estimarse la capacidad de carga límite en torno a los pilotes. No
obstante, en un procedimiento de perforación por desplazamiento
puede ser comparablemente costoso un procedimiento semejante,
puesto que debe prepararse adicionalmente al dispositivo de
perforación también un dispositivo de percusión. Además, la
exactitud puede no ser suficientemente elevada para determinados
campos de aplicación.
El documento EP 0 842 329 B1 da a conocer un
procedimiento de perforación, en el que el material se saca a la
luz mediante un tornillo de perforación a lo largo del vástago de
perforación, sin que se dé un desplazamiento radial. En este caso
está previsto determinar la velocidad de rotación, el ratio de
penetración y/o el par de fuerzas en el tornillo de perforación, y
controlarlos de forma que las hélices del tornillo estén cargadas
con material del suelo que procede de la punta del tornillo. En
particular debe adaptarse la velocidad de penetración a la
velocidad de extracción de la barrena helicoidal, de forma que ni se
extraiga demasiado material y amenace con una obstrucción de la
hélice del tornillo, ni se extraiga muy poco material y amenace con
un desplome del agujero perforado.
El documento EP 1 229 172 A1 describe un
procedimiento de perforación en el que una máquina perforadora se
equipa con sensores para determinar las propiedades dinámicas del
utillaje para la perforación. Los valores medidos de estos sensores
se memorizan para las profundidades subsiguientes. Para cada
profundidad se calcula de las mediciones memorizadas al menos una
variable que devuelve la calidad del suelo.
El documento EP 0 401 119 A1 da a conocer otro
procedimiento de perforación en el que se graban parámetros.
El objetivo de la invención es indicar un
procedimiento de perforación por desplazamiento y un dispositivo de
perforación por desplazamiento, que de forma especialmente sencilla
y económica permita la realización de perforaciones con capacidad
de carga conocida.
El objetivo se resuelve por un procedimiento con
las características de la reivindicación 1 y un dispositivo con las
características de la reivindicación 8. Ejemplos de realización
preferidos del procedimiento se indican en las reivindicaciones
dependientes.
En el procedimiento según la invención está
previsto que se registren parámetros operacionales de la barra de
perforación al introducir la barra de perforación en el suelo, y que
los parámetros operacionales se utilicen para la determinación de
la capacidad de carga de la perforación.
La invención se basa en el conocimiento de que
existe una relación entre los parámetros operacionales que imperan
al introducir un utillaje para la perforación por desplazamiento en
el suelo y la capacidad de carga de la perforación originada en
este caso. Esta relación puede basarse entre otros en que en la
perforación por desplazamiento tiene lugar un desplazamiento
orientado radial y, por consiguiente, una compactación del material
de suelo circundante, estando relacionadas las propiedades de
compactación de nuevo con la capacidad de carga.
Según la invención se establece la capacidad de
carga a causa de las mediciones que se efectúan directamente
durante la elaboración de la perforación por desplazamiento en el
utillaje para la perforación por desplazamiento. La profundización
costosa de perforaciones especiales de sondeo mediante dispositivos
autónomos de sondeo puede suprimirse por consiguiente, de forma que
según la invención se genera un coste especialmente bajo y una
rentabilidad especialmente alta. Puesto que los datos de la
capacidad de carga pueden determinarse además directamente en la
misma perforación real, y no deben efectuarse en puntos de sondeo
distanciados de la perforación, según la invención es posible una
determinación de la capacidad de carga especialmente exacta que
refleja de forma especialmente adecuada las estructuras del terreno
junto a la perforación real.
De forma apropiada se rellena una cavidad
formada al introducir la barra de perforación en el suelo con un
material de relleno especialmente endurecible, por lo que puede
conseguirse un elemento de cimentación. La capacidad de carga
determinada puede ser en este caso la capacidad de carga del
elemento de cimentación. El relleno puede realizarse durante y/o
después de la introducción de la barra de perforación.
Según la invención al menos el par de fuerzas en
la barra de perforación, la profundidad de penetración de la barra
de perforación por revolución y en particular la fuerza de
penetración de la barra de perforación se utilizan como parámetros
operacionales. Esto permite una caracterización especialmente exacta
del suelo atravesado y, por consiguiente, una determinación
especialmente exacta de la capacidad de carga. Para la determinación
de los valores medidos mencionados pueden utilizarse también otros
valores medidos que poseen una relación con al menos uno de los
valores medidos mencionados. Por ejemplo, la presión hidráulica en
un accionamiento hidráulico puede determinarse para la barra de
perforación y se establecen por ello el par de fuerzas en la barra
de perforación.
Además, está previsto que para la determinación
de la capacidad de carga de la perforación se genere un cociente
entre el par de fuerzas en la barra de perforación y la profundidad
de penetración de la barra de perforación por revolución, y por
ello se establezca un índice de capacidad de carga.
El índice de capacidad de carga \alpha puede
ser una función f del cociente del par de fuerzas M en la barra de
perforación respecto a la profundidad de penetración de la barra de
perforación por revolución \frac{\Delta d}{n}
n
\alpha = f
\left(\frac{M}{\left(\frac{\Delta
d}{n}\right)}\right)
En particular, puede ser el índice \alpha
directamente la relación del par de fuerzas M, con la que se
presiona la barra de perforación, respecto a la profundidad de
penetración por revolución \frac{\Delta d}{n}
\alpha =
\frac{M}{\left(\frac{\Delta
d}{n}\right)}
El índice \alpha puede caracterizar, por
ejemplo, el tipo de suelo de la capa de suelo atravesada.
Según la invención puede estar previsto que los
parámetros operacionales establecidos y/o el índice de capacidad de
carga establecido para la determinación de la capacidad de carga se
comparen con una tabla de valores. Por ello se hace posible una
determinación de la capacidad de carga especialmente sencilla. La
tabla de valores puede establecerse, por ejemplo, de forma
empírica.
Además, una determinación especialmente sencilla
y económica de la capacidad de carga se consigue según la
invención, porque para el establecimiento de una regla de asignación
entre los parámetros operacionales y la capacidad de carga y/o de
una regla de asignación entre el índice de capacidad de carga y la
capacidad de carga, se realizan de antemano perforaciones de prueba
en capas de suelo con propiedades conocidas. Mediante la
comparación de los parámetros operacionales establecidos en las
capas de suelo conocidas y/o del índice de capacidad de carga
establecido aquí con los valores establecidos en las perforaciones
de prueba puede deducirse la capacidad de carga de la capa de suelo
desconocida. En particular la capacidad de carga de la capa de suelo
desconocida puede equipararse con la capacidad de carga de una capa
de suelo conocida, siempre que exista al menos una concordancia
aproximada entre los parámetros operacionales y/o el índice de
capacidad de carga. Las perforaciones de prueba sirven por
consiguiente para la calibración del procedimiento según la
invención y/o del dispositivo según la invención. Las propiedades
de las capas de suelo, en las que se realizan las perforaciones de
prueba, en particular su capacidad de carga, se establecen
preferiblemente con técnicas de medida. Para ello puede emplearse
un procedimiento conocido cualesquiera, por ejemplo, un
procedimiento de sondeo por percusión.
Para una caracterización especialmente exacta
del suelo atravesado es ventajoso que al menos uno de los parámetros
operacionales se registre en función de la profundidad de
penetración de la barra de perforación en el suelo. Preferiblemente
se registran todos los parámetros operacionales empleados para la
determinación de la capacidad de carga en función de la
profundidad. Un registro en función de la profundidad permite
establecer el estrato y/o la potencia de las capas portantes. En
particular puede utilizarse el parámetro operacional en función de
la profundidad de penetración para la determinación de un perfil de
profundidad de la capacidad de carga. Por ejemplo, el índice de
capacidad de carga puede establecerse a través de la profundidad de
penetración de la barra de perforación, por lo que puede
caracterizarse el perfil de profundidad de la capacidad de
carga.
Además, según la invención es ventajoso que al
menos uno de los parámetros operacionales se establezca para las
profundidades de penetración previamente determinadas de la barra de
perforación en el suelo. Las profundidades de penetración pueden
ser, por ejemplo, aproximadamente 3 metros. Por una medición
semejante por secciones puede reducirse el coste en el registro de
datos. Un establecimiento por secciones de los parámetros
operacionales trae consigo además un promedio consabido, de forma
que no tienen demasiada importancia las oscilaciones momentáneas en
los parámetros operacionales que resultan de inhomogeneidades
locales en el suelo.
Para la determinación de la capacidad de carga a
partir de los parámetros operacionales y/o para la determinación
del índice de capacidad de carga está previsto de forma apropiada un
dispositivo de cálculo, en particular un ordenador, que se
encuentra en unión de señal con captadores de los parámetros
operacionales y/o de valores de medida que tienen relación con los
parámetros operacionales.
Es especialmente ventajoso que una profundidad
final de la perforación se ajuste en función de los parámetros
operacionales establecidos, en particular del índice de capacidad de
carga establecido. Por ejemplo, puede estar previsto perforar
automáticamente hasta que se alcance una capa del suelo con una
capacidad de carga límite determinada previamente.
En particular para un avance especialmente
elevado de la perforación está previsto que la barra de perforación
presente en la parte de la zona de desplazamiento al menos una
hélice transportadora. La hélice transportadora está prevista entre
la punta de la barra de perforación y la zona de desplazamiento, y
puede servir para desgastar el material de suelo que aflora en la
barra de perforación y para transportarlo a la zona de
desplazamiento.
En el dispositivo según la invención están
previstos medios para el registro de los parámetros operacionales
de la barra de perforación al introducir axialmente la barra de
perforación en el suelo, y un dispositivo de cálculo que dispone en
una relación matemática los parámetros operacionales para la
determinación de la capacidad de carga de las perforaciones.
Un dispositivo según la invención puede estar
adaptado en particular para la realización del procedimiento según
la invención, por lo que pueden conseguirse las ventajas explicadas
en este contexto.
La invención se explica detalladamente a
continuación mediante ejemplos de realización preferidos que están
representados esquemáticamente en el dibujo adjunto. En este caso se
muestra esquemáticamente:
Fig. 1 una vista lateral de un dispositivo según
la invención para la realización del procedimiento según la
invención.
Un ejemplo de realización de un dispositivo de
perforación por desplazamiento según la invención está representado
en la fig. 1. El dispositivo presenta una barra de perforación 10
que puede hacerse girar mediante un dispositivo de accionamiento 41
en la dirección de la flecha, y puede desplazarse axialmente en la
dirección de la flecha. Cerca de su punta la barra de perforación
10 presenta una zona de desplazamiento 20, en la que la barra de
perforación 10 está configurada con un diámetro mayor comparada con
las zonas dispuestas arriba y abajo. En el lado de la zona de
desplazamiento 20 orientado hacia la punta de la barra de
perforación 10 está dispuesta en la barra de perforación 10 una
primera hélice transportadora 11. En el lado de la zona de
desplazamiento 20 opuesta a la punta de la barra de perforación 10
está prevista una segunda hélice transportadora 12 en la barra de
perforación 10.
En la introducción rotativa de la barra de
perforación 10 en el suelo 3 se desgasta el material de suelo que
aflora en la punta de la barra de perforación 10. Este material de
suelo desgastado se transporta por la hélice transportadora 11
inferior a lo largo de la barra de perforación en la zona de
desplazamiento 20. A causa del agrandamiento del diámetro de la
barra de perforación 10 en la zona de desplazamiento 20, el material
de suelo desgastado transportado axialmente se desplaza en este
caso radialmente respecto a la varilla de perforación 10, y se
presiona en la zona adyacente de suelo. Por consiguiente se realiza
una perforación 1 en el suelo 3 sin que el material de suelo
desgastado salga a la luz y se produzca como excavación.
La hélice transportadora 12 superior dispuesta
en marcha opuesta a la primera hélice transportadora 11 sirve para
el suministro de material de suelo, que irrumpe de las zonas
superiores de perforación en la perforación 1, a la zona de
desplazamiento 20 dónde se presiona igualmente de forma radial en la
zona adyacente de suelo.
En una zona superior de la barra de perforación
10 ésta es plana, es decir, está configurada sin hélice
transportadora. Una hélice transportadora dispuesta al ras no es
necesaria en un procedimiento de perforación por desplazamiento
puesto que el material de suelo desgastado permanece en el
suelo.
En la barra de perforación 10 está previsto un
dispositivo de captación 51, con el que puede determinarse la
profundidad de penetración de la barra de perforación 10 por
revolución de la barra de perforación 10. Otro dispositivo de
captación 52 está previsto en el dispositivo de accionamiento 41 y
sirve para la determinación del par de fuerzas con el que se carga
la barra de perforación 10 por el dispositivo de accionamiento 41.
Además, con el dispositivo de captación 52 puede determinarse la
fuerza de penetración orientada axialmente en la barra de
perforación 10. Los dos dispositivos de captación 51 y 52 están en
unión de señal con el dispositivo de cálculo 53, en particular en
unión por conductos. Este dispositivo de cálculo 53 sirve para la
determinación de la capacidad de carga de la perforación 1 a partir
del par de fuerzas grabado, la profundidad de penetración por
revolución grabada y la fuerza de penetración grabada. En particular
el dispositivo de cálculo 53 puede servir para determinar un índice
de capacidad de carga \alpha a partir de los valores
mencionados.
En el ejemplo de realización representado, el
suelo 3 atravesado por la perforación 1 presenta tres capas de
suelo 4, 4', 4'' dispuestas unas sobre otras con diferentes
capacidades de carga. Por ello el dispositivo de cálculo 53
establece cada vez un índice diferente de capacidad de carga
\alpha, \alpha', \alpha'' al atravesar gradualmente las capas
de suelo 4, 4', 4''.
Claims (8)
1. Procedimiento para la realización de una
perforación (1) en el suelo (3) mediante perforación por
desplazamiento, en el que
- -
- una barra de perforación (10), que presenta en un tramo inferior al menos una zona de desplazamiento (20) de sección transversal aumentada y entre una punta de la barra de perforación y la zona de desplazamiento (20) al menos una hélice transportadora (11, 12), se introduce de forma rotativa en el suelo (3),
- -
- se registran parámetros operacionales de la barra de perforación (10) al introducir la barra de perforación (10) en el suelo (3), y
- -
- los parámetros operacionales se utilizan para la determinación de la capacidad de carga de la perforación (1),
caracterizado porque al menos el par de
fuerzas en la barra de perforación (10) y la profundidad de
penetración de la barra de perforación (10) por revolución se
utilizan como parámetros operacionales,
porque para la determinación de la capacidad de
carga de la perforación (1) se genera un cociente entre el par de
fuerzas en la barra de perforación (10) y la profundidad de
penetración de la barra de perforación (10) por revolución, y por
ello se establece un índice de capacidad de carga (\alpha), y
porque para el establecimiento de una regla de
asignación entre el índice de capacidad de carga (\alpha) y la
capacidad de carga se realizan de antemano perforaciones de prueba
en capas de suelo con propiedades conocidas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la fuerza de penetración de la barra de
perforación (10) se utiliza como parámetro operacional.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
parámetros operacionales establecidos y/o el índice de capacidad de
carga (\alpha) establecido se comparan para la determinación de
la capacidad de carga con unta tabla de valores.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos
uno de los parámetros operacionales se registra en función de la
profundidad de penetración de la barra de perforación (10) en el
suelo (3), utilizándose el parámetro operacional en función de la
profundidad de penetración en particular para la determinación de
un perfil de profundidad de la capacidad de carga.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos
uno de los parámetros operacionales se establece para las
profundidades de penetración previamente determinadas de la barra de
perforación (10) en el suelo (3).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una
profundidad final de la perforación (1) se ajusta en función de los
parámetros operacionales establecidos.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una
cavidad formada al introducir la barra de perforación (10) en el
suelo (3) se llena con un material de relleno en particular
endurecible y se forma un pilote de perforación.
8. Dispositivo para la realización de una
perforación (1) en el suelo mediante perforación por desplazamiento,
en particular para la realización del procedimiento según una de
las reivindicaciones precedentes, con
- -
- una barra de perforación (10), que presenta en un tramo inferior al menos una zona de desplazamiento (20) de sección transversal aumentada y entre una punta de la barra de perforación y la zona de desplazamiento (20) al menos una hélice transporte (11, 12),
- -
- un dispositivo de accionamiento para el accionamiento en rotación y el desplazamiento axial de la barra de perforación (10),
- -
- estando previstos medios para el registro de los parámetros operacionales de la barra de perforación (10) al introducir axialmente la barra de perforación (10) en el suelo (3), y
- -
- estando previsto un dispositivo de cálculo (53) que dispone en una relación matemática los parámetros operacionales para la determinación de la capacidad de carga de la perforación (1),
caracterizado porque los medios para el
registro de los parámetros operacionales están concebidos para
registrar como parámetros operacionales al menos el par de fuerzas
en la barra de perforación (10) y la profundidad de penetración de
la barra de perforación (10) por revolución,
porque para la determinación de la capacidad de
carga de la perforación (1), el dispositivo está concebido para
formar se generar un cociente entre el par de fuerzas en la barra de
perforación (10) y la profundidad de penetración de la barra de
perforación (10) por revolución, y para por ello establecer un
índice de capacidad de carga (\alpha), y
porque el dispositivo está calibrado mediante
perforaciones de prueba, que para el establecimiento de una regla
de asignación entre el índice de capacidad de carga (\alpha) y la
capacidad de carga se realizan de antemano en capas de suelo con
propiedades conocidas.
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