ES2343627T3 - Procedimiento y maquina de compactacion dinamica del suelo. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento de compactación del suelo, que comprende las etapas de: - fijar al menos un cable (3) a una carga (4) tendida sobre el suelo, mediante medios (7) de conexión que pueden ser liberados; - aplicar una fuerza de tracción al cable (3) para elevar la carga (4) hasta una altura preestablecida (H0); - reducir dicha fuerza de tracción para iniciar un movimiento descendente de la carga (4) seguido del cable (3); y - liberar los medios (7) de conexión mientras se mueve la carga hacia abajo.
Description
Procedimiento y máquina de compactación dinámica
del suelo.
La presente invención versa acerca de técnicas
de compactación dinámica del suelo. Se utilizan estas técnicas para
mejorar las características estructurales del suelo, en particular
antes de construir trabajos de construcción.
Un tratamiento de compactación dinámica
densifica el suelo hasta grandes profundidades por medio de ondas
de energía muy elevada. Implica grandes cargas, normalmente desde 10
a 100 toneladas, que caen desde una altura de típicamente 10 a 40
metros. La distribución de los puntos de impacto sobre el suelo y
los otros parámetros del tratamiento (energías, sincronización,
periodos de descanso) dependen de las características de la tierra
que va a ser tratada y posiblemente de los resultados de las
mediciones obtenidos en una zona de prueba. Estos parámetros son
determinados con antelación en base a las características deseadas
del suelo.
Se utiliza frecuentemente dicho tratamiento del
suelo para los cimientos de edificios, o para estabilizar grandes
áreas de terraplenado o de tierra suelta.
Se pueden diferenciar dos tipos generales de
procedimientos de compactación dinámica del suelo:
Con frecuencia, las palas de cable utilizadas
para tareas con pala de cable de arrastre están equipadas con
cabrestantes que tienen un medio de acoplamiento que proporciona una
función denominada "caída libre". Se puede utilizar dicha
máquina para una compactación dinámica del suelo, al fijar la carga
de compactación a uno o más cables de cabrestante. Después del
accionamiento de los cabrestantes para elevar la carga hasta la
altura deseada, se liberan los cabrestantes y la carga cae, moviendo
el cable y el tambor del cabrestante detrás de la misma. Después
del impacto, se frenan los cabrestantes para detener su giro, se
traccionan de nuevo los cables y se reanuda un nuevo ciclo.
Una deficiencia de ese procedimiento es que, con
las máquinas de ingeniería civil disponibles en el mercado, se
observa que la energía transmitida al suelo con el impacto es
únicamente del 50 al 60% de la energía potencial acumulada cuando
se eleva la carga. Esta eficacia reducida es debida a pérdidas de
fricción y a la inercia de los cables y de los cabrestantes. Dicho
procedimiento solo puede aplicarse al utilizar un único cable por
cabrestante (sin multiplicación del esfuerzo del cabrestante) y una
única capa de cables en el tambor del cabrestante. En la práctica,
esto limita la altura de caída a aproximadamente 25 m y las cargas
de compactación a aproximadamente 25 toneladas. En consecuencia, la
energía de impacto unitario es como mucho de 60% \times 25.000
\times 9,81 \times 25 \approx 3.700 kJ.
Para paliar la baja eficacia de caída del
anterior procedimiento, una posibilidad es utilizar una máquina de
elevar pesos equipada con un dispositivo de conexión que puede ser
liberado cuando está cargado y que se interpone entre la carga de
compactación y los cables, como se da a conocer, por ejemplo, en el
documento JP59145816. Dicho dispositivo de conexión puede ser del
tipo de gancho, como el que se utiliza para un remolque. También
puede ser una pinza hidráulica diseñada especialmente. Se eleva la
carga de compactación hasta la altura deseada en la que se detienen
los cabrestantes, y luego el gancho o la pinza liberan la carga que
realmente cae libremente.
La ventaja principal de ese procedimiento es su
alta eficacia dado que la energía de impacto es igual a la energía
potencial producida por la acción de elevación. Además, es posible
utilizar sistemas de enhebrado para multiplicar la fuerza de
tracción aplicada por los cabrestantes. También es posible utilizar
más de una capa de cables en el tambor del cabrestante. La energía
de impacto está limitada básicamente por la estabilidad de la
máquina de elevar peso cuando está cargada. Sin embargo, el
procedimiento también tiene un número de inconvenientes. Cuando se
liberan los medios de conexión, la energía elástica acumulada dentro
de la máquina y en los cables cuando se eleva la carga se transmite
de repente al dispositivo de conexión, principalmente por medio de
la reacción de los cables. Se impulsa hacia arriba con una energía
considerable a las piezas móviles que consisten en el dispositivo
de conexión y posiblemente en el sistema de enhebrado. Dicha
reacción puede provocar diversos problemas, tal como el
descarrilamiento de los cables, impactos sobre la estructura de la
grúa, etc. Se debe compensar este fenómeno, bien al aumentar el peso
de las piezas móviles hasta aproximadamente el 20% del peso de la
carga de liberación, en detrimento de la eficacia total, o al
utilizar amarres externos para limitar los movimientos del
dispositivo de conexión.
Además, el descenso del dispositivo de conexión
para una nueva conexión con la carga en el suelo lleva una cantidad
significativa de tiempo, dado que depende de la capacidad de
velocidad de los cabrestantes descargados, que es normalmente baja.
En el mejor de los casos, se puede esperar un tiempo de descenso del
mismo orden que el tiempo de elevación. Por lo tanto, este segundo
procedimiento lleva relativamente bastante tiempo.
Un objetivo de la presente invención es aminorar
los inconvenientes mencionados anteriormente de la técnica
anterior.
Por lo tanto, la invención propone un
procedimiento de compactación del suelo, que comprende las etapas
de:
- -
- fijar al menos un cable de una carga que se encuentra en el suelo, mediante medios de conexión que pueden ser liberados;
- -
- aplicar una fuerza de tracción al cable para elevar la carga hasta una altura preestablecida;
- -
- reducir dicha fuerza de tracción para iniciar un movimiento descendente de la carga seguida del cable; y
- -
- liberar los medios de conexión mientras que se mueve hacia abajo la carga.
La elevación se lleva a cabo por uno o varios
cabrestantes del tipo de "caída libre" (como en los
procedimientos anteriores con un cable seguidor), con el uso
posible de cuadernales para multiplicar el esfuerzo del cabrestante.
Se cuelga la carga de compactación del bloque inferior o
directamente de los cables del cabrestante mediante medios de
conexión que pueden ser liberados, por ejemplo de tipo gancho o
pinza. Se liberan los medios de conexión una vez que han alcanzado
una cierta velocidad descendente, de forma que no se arroja hacia
arriba la parte de conexión que permanece fijada al cable. Esto
evita daños a la estructura, sin requerir sistemas externos de
amarre. Además, la velocidad descendente de los medios de conexión y
el cable cuando se libera la carga reduce el tiempo necesario para
devolver los medios de conexión de nuevo a su posición sobre la
carga, después de que ha caído sobre el
suelo.
suelo.
Otro aspecto de la presente invención versa
acerca de una máquina de compactación del suelo, que comprende un
brazo de grúa, un medio de cabrestante, al menos un cable que se
extiende desde el medio de cabrestante en torno a una polea de
desviación encima del brazo de grúa, medios de conexión que pueden
ser liberados para conectar el cable con una carga, y un medio de
control para accionar el medio de cabrestante para elevar la carga
desde el suelo hasta una altura preestablecida, reduciendo una
fuerza de tracción aplicada por el medio de cabrestante para
iniciar un movimiento descendente de la carga seguida por el cable.
Esta máquina se caracteriza porque comprende una unidad de control
para controlar la liberación de los medios de conexión en respuesta
a la detección de una condición de liberación mientras que se mueve
la carga hacia abajo.
\vskip1.000000\baselineskip
Las Figuras 1 a 4 son vistas esquemáticas en
alzado de una máquina de compactación dinámica del suelo en
distintas etapas de un procedimiento según la invención.
La Figura 5 es una vista esquemática de un
ejemplo de medios de conexión que se pueden liberar que pueden ser
utilizados en dicha máquina.
\vskip1.000000\baselineskip
La máquina de compactación del suelo mostrada en
las figuras 1-4 tiene una estructura 1 de vehículo
que soporta un brazo 2 de grúa. Se utilizan uno o más cables 3 para
elevar una carga pesada 4 (> 10 toneladas) desde el nivel del
suelo hasta un nivel predeterminado de caída H0 (> 10 m). Cada
cable 3 de elevación está enrollado en el tambor de un cabrestante
5 montado en la estructura 1, y es desviado por una polea 6 encima
del brazo 2 de grúa.
Hay interpuesto un dispositivo 7 de conexión que
se puede liberar, mostrado esquemáticamente en las figuras
1-4, entre el o los cables 3 de elevación y la carga
4 de compactación.
En la realización ilustrada por las figuras
1-4, la máquina incluye, además, un sistema 8 de
enhebrado que recibe el cable 3 de elevación entre la polea 6 de
desviación y el dispositivo 7 de conexión que se puede liberar.
Dicho sistema 8 puede incluir un cuadernal superior 9 montado cerca
de la parte superior del brazo 2 de grúa y un cuadernal inferior 10
cuya estructura está conectada al dispositivo 7 de conexión. Los
cuadernales 9, 10 reciben el cable 3 para multiplicar el esfuerzo
de elevación aplicado por el cabrestante 5.
Se apreciará que, en otras realizaciones de la
invención, se puede fijar directamente el cable 3 de elevación al
dispositivo 7 de conexión que se puede liberar.
En la figura 5 se ilustra una realización
ejemplar del dispositivo de conexión que se puede liberar. En esa
realización, la superficie superior de la carga de compactación está
dotada de un receptáculo 12 adaptado para recibir una pinza
hidráulica 13. El receptáculo 12 tiene una abertura central ancha
que tiene una porción superior cónica que se ahúsa hacia fuera
hacia la superficie superior para centrar la pinza 13, según se hace
descender para colocarla de forma correcta dentro del receptáculo.
En la parte inferior del receptáculo 12, su abertura central se
ensancha para definir un rebaje 14 adecuado para recibir la pinza
13.
La pinza 13 tiene un collar 15 de fijación para
su conexión al cuadernal inferior 10 del sistema 8 de enhebrado (o
directamente al cable 3). Una pluralidad de miembros 16 de garra
está articulada en la parte inferior del collar 15 de fijación.
Estos miembros 16 de garra están dispuestos de forma simétrica en
torno a un eje vertical. En su parte inferior, su forma externa es
cónica para coincidir con la del rebaje 14 proporcionado en el
receptáculo 12. Se acciona cada par de miembros opuestos 16 de
garra por medio de una garra hidráulica 17 por medio de un
mecanismo de palanca. Ese mecanismo incluye un par de vástagos 18,
articulado cada uno en su extremo externo en uno de los miembros 16
de garra en torno a un eje horizontal. Los dos vástagos 18 también
están articulados entre sí en torno a un eje horizontal que cruza
el eje vertical de simetría del dispositivo 7. El gato 17 está
dispuesto verticalmente. Su expansión reduce el punto de
articulación entre los dos vástagos 18, alejando de esta manera los
miembros 16 de garra entre sí hasta una posición de fijación en la
que están presionados contra el receptáculo 12 dentro del rebaje
14. El retroceso del gato 17 eleva el punto de articulación entre
los dos vástagos 18, que acerca los miembros 16 de garra entre sí
para liberar la conexión al permitir la separación entre la pinza
13 y el receptáculo 12.
Se acciona el gato 17 de la pinza 13 que puede
ser liberada por medio de una unidad (no mostrada) de control para
proporcionar la secuencia de funcionamiento descrita a continuación,
en cooperación con el cabrestante 5.
Una vez se han determinado el patrón de impactos
sobre el suelo y la secuencia de impactos, se ponen la máquina y la
carga 4 en una primera posición. Se hace descender la pinza 13 y se
controla para agarrar la carga 4 que se encuentra en el suelo, como
se muestra en la figura 1. Entonces, se energiza el cabrestante 5 de
forma que se eleve la carga 4 hasta la altura predeterminada H0,
como se muestra en la figura 2.
En ese momento, se ha acumulado una energía
potencial importante M \times g \times H0, en la que M
representa el peso de la carga 4. Idealmente, se transmitiría el
100% de esa energía potencial al suelo cuando se deja caer la
carga. Además, en la posición de la figura 2, se ha acumulado una
energía elástica significativa en el cable 3 de elevación y en la
estructura de la máquina, en particular en el brazo 2 de grúa.
El movimiento descendente de la carga desde la
posición mostrada en la figura 2 se lleva a cabo en dos fases.
En la primera fase, se controla el cabrestante 5
de forma que se permite que se desenrolle su tambor, y no se libera
aún la pinza 13. Esto elimina o reduce mucho la fuerza de tracción
aplicada por el cabrestante 5. La primera fase se lleva a cabo
hasta que la carga 4 ha alcanzado una cierta velocidad descendente
v, como se muestra en la figura 3. En ese momento, se inicia la
segunda fase al liberar la pinza 13, permitiendo de esta manera que
caiga libremente la carga 4 al suelo.
Dado que la carga 4 y la pinza 13 ya tienen una
cierta velocidad v cuando se libera la pinza, no se impulsan hacia
arriba la pinza 13 y la parte inferior 10 del sistema 8 de enhebrado
por la liberación repentina de la energía elástica acumulada en el
cable 3 y en el brazo 2 de grúa. Esto evita los inconvenientes de
los procedimientos de caída libre conocidos anteriormente.
En la segunda fase, se detiene el giro del
tambor 5 del cabrestante mediante un medio adecuado (no mostrado)
de acoplamiento para controlar la velocidad descendente v' del
dispositivo 7 de conexión, según se hace descender hacia la carga
4. Esto hace que sea posible ajustar el tiempo necesario para volver
a conectar la pinza 13 a la carga 4, y optimizar de esta manera el
tiempo del ciclo.
Una vez se ha vuelto a conectar la pinza 13, se
puede llevar a cabo otro ciclo, en la misma posición en el suelo o
después de mover la máquina y la carga de forma lateral.
Hay diversas formas para que la unidad de
control determine cuándo se debería liberar la pinza 13 una vez se
ha iniciado el movimiento descendente de la carga.
En una realización sencilla, se libera el
dispositivo 7 de conexión (por ejemplo, al retraer el gato
hidráulico 17 mostrado en la figura 5) un tiempo predeterminado 1
después de que se haya permitido desenrollarse al tambor 5 del
cabrestante.
De forma alternativa, el dispositivo de conexión
puede estar dotado de un sensor de posición. Entonces, se libera el
dispositivo 7 una vez ha recorrido una cierta distancia h hacia
abajo (o de forma equivalente una vez se ha alcanzado la altura
H0-h).
En otra alternativa, el dispositivo 7 de
conexión está dotado de un sensor de velocidad que monitoriza la
velocidad de caída de la carga en la primera fase. Entonces, la
condición de liberación es que la velocidad detectada de caída
alcance el umbral predeterminado v, retrayéndose el gato 17 en
respuesta a la detección de esa condición por la unidad de
control.
Los órdenes normales de magnitud para los
umbrales mencionados anteriormente son t \approx 0,5 s, h
\approx 1 m, v \approx 4 m/s. Dado que la altura de elevación
H0 es normalmente más de 10 metros (por ejemplo, H0 = 25 m), se ve
que la carga 4 de compactación no pierde más que un porcentaje
pequeño de su energía potencial en la primera fase del ciclo, en la
que también adquiere una cierta velocidad descendente v. Por lo
tanto, la energía total transmitida al suelo con el impacto será
muy cercana a la energía potencial inicial. Esto significa que la
eficacia del procedimiento es bastante importante, experimentándose
la inercia del cabrestante y de la estructura únicamente en la
breve primera
fase.
fase.
Se consigue tal eficacia elevada sin poner en
peligro la estructura al impulsar hacia arriba la pinza 13, el
cable y el cuadernal 10 cuando se deja caer la carga 4 y con un
tiempo relativamente breve de ciclo.
Claims (12)
1. Un procedimiento de compactación del suelo,
que comprende las etapas de:
- -
- fijar al menos un cable (3) a una carga (4) tendida sobre el suelo, mediante medios (7) de conexión que pueden ser liberados;
- -
- aplicar una fuerza de tracción al cable (3) para elevar la carga (4) hasta una altura preestablecida (H0);
- -
- reducir dicha fuerza de tracción para iniciar un movimiento descendente de la carga (4) seguido del cable (3); y
- -
- liberar los medios (7) de conexión mientras se mueve la carga hacia abajo.
2. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 1, en el que el cable (3) se extiende en torno a una
polea (6) de desviación encima de un brazo (2) de grúa, entre los
medios (7) de conexión que pueden ser liberados y un cabrestante
(5) utilizado para aplicar la fuerza de tracción.
3. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 2, que comprende, además, la etapa de detener el
cable en el cabrestante (5) una vez se han liberado los medios (7)
de conexión, para controlar el movimiento descendente de una
porción de los medios de conexión que permanecen conectados al cable
(3).
4. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 2, en el que el cable se extiende, además, a través
de un sistema de enhebrado (8) entre la polea de desviación y los
medios de conexión que pueden ser liberados.
5. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 1, en el que se liberan los medios de conexión un
tiempo predeterminado después del inicio del movimiento
descendente.
6. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 1, en el que se liberan los medios de conexión en
respuesta a la detección de una condición de que una velocidad de
caída de la carga alcanza un umbral predeterminado.
7. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 1, en el que se liberan los medios de conexión en
respuesta a la detección de una condición de que la carga se
encuentra a una altura especificada.
8. El procedimiento como se reivindica en la
reivindicación 1, en el que la carga (4) tiene un peso de al menos
10 toneladas, y dicha altura especificada (H0) es de al menos 10
metros.
9. Una máquina de compactación del suelo, que
comprende:
- -
- un brazo (2) de grúa;
- -
- un medio (5) de cabrestante;
- -
- al menos un cable (3) que se extiende desde el medio de cabrestante en torno a una polea (6) de desviación encima del brazo de grúa;
- -
- medios (7) de conexión que pueden ser liberados para conectar el cable a una carga (4); y
- -
- un medio de control para accionar el medio de cabrestante y elevar la carga desde el suelo hasta una altura preestablecida (H0), reducir una fuerza de tracción aplicada por el medio de cabrestante para iniciar un movimiento descendente de la carga seguido por el cable,
caracterizada porque dicha máquina de
compactación del suelo comprende una unidad de control para
controlar la liberación de los medios (7) de conexión en respuesta
a la detección de una condición de liberación mientras se mueve la
carga hacia abajo.
10. La máquina como se reivindica en la
reivindicación 9, que comprende, además, un medio de detención que
coopera con el medio de cabrestante, accionado por el medio de
control para detener el cable una vez se han liberado los medios de
conexión, para controlar el movimiento descendente de una porción de
los medios de conexión que permanece conectada al cable.
11. La máquina como se reivindica en la
reivindicación 9, que comprende, además, un sistema (8) de enhebrado
que recibe el cable entre la polea de desviación y los medios (7)
de conexión que pueden ser liberados.
12. La máquina como se reivindica en la
reivindicación 9, en la que la carga (4) tiene un peso de al menos
10 toneladas, y la parte superior del brazo (2) de grúa está al
menos 10 metros por encima del suelo.
Applications Claiming Priority (1)
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