BR112021001307A2

BR112021001307A2 - âncora de parafuso, conjunto de âncora de parafuso e primeiro componente para um sistema de fundação de armação

Info

Publication number: BR112021001307A2
Application number: BR112021001307-5A
Authority: BR
Inventors: Tyrus Hudson; Charles Almy; Jack West
Original assignee: Ojjo, Inc.
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2021-04-27
Also published as: IL280320B1; CL2021000194A1; US11015635B2; IL280319B1; CN112867827A; WO2020023349A1; IL280320A; US20200263723A1; EP3827132A1; US20200032831A1; MA53396A; BR112021001324A2; CO2021000621A2; EP3827135A4; EP3827132A4; WO2020023352A1; EP3827135A1; PE20211098A1; MA53393A; AU2019309673A1

Abstract

Trata-se de uma âncora de parafuso para um sistema de fundação de armação para suportar rastreadores de eixo único e outras estruturas e métodos relacionados de condução de tal âncora de parafuso para dentro do solo subjacente. Um tubo oco de diâmetro uniforme é aberto em ambas as extremidades com uma forma de rosca começando em uma extremidade e circunscrevendo uma porção do tubo, a forma de rosca tendo um condutor afunilado. A geometria de extremidade aberta permite que um mandril ou broca de rocha seja inserida e operada através da âncora durante a condução para agilizar o processo de condução. A forma de rosca afunilada fornece um condutor para conduzir a âncora para dentro de um furo de rocha.

Description

Relatório descritivo da Patente de Invenção para “ÂNCORA DE PARAFUSO,

CONJUNTO DE ÂNCORA DE PARAFUSO E PRIMEIRO COMPONENTE PARA UM SISTEMA DE FUNDAÇÃO DE ARMAÇÃO” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] O presente reivindica a prioridade do pedido de patente provisório nº US 62/702.879, depositado em 24 de julho de 2018, intitulado “FOUNDATION

PIERS FOR AXIAL SOLAR ARRAYS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”, nº US 62/718.780, depositado em 14 de agosto de 2018, intitulado “FOUNDATION PIERS FOR AXIAL SOLAR ARRAYS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”, nº US 62/726.909, depositado em 4 de setembro de 2018, intitulado “FOUNDATION PIERS FOR AXIAL SOLAR ARRAYS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”, nº US 62/733.273, depositado em 19 de setembro de 2018, intitulado “FOUNDATION PIERS FOR AXIAL SOLAR ARRAYS AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”, nº 62/748.083, depositado em 19 de outubro de 2018, intitulado “FOUNDATIONS FOR AXIAL SOLAR ARRAY AND RELATED SYSTEMS AND METHODS”, nº US 62/752.197, depositado em 29 de outubro de 2018, intitulado SYSTEMS, METHODS AND MACHINES FOR MANUFACTURING A FOUNDATION PILE” e nº US 62/756.028, depositado em 5 de novembro de 2018, intitulado “CLOSED

LOOP FEEDBACK CONTROL FOR IMPROVED SOLAR PILE DRIVING AND RELATED SYSTEMS, MACHINES AND CIRCUITS”, cujas revelações são aqui incorporadas a título de referência em sua totalidade.

ANTECEDENTES

[0002] Usinas de energia solar de escala de grande escala são predominantemente configuradas com matrizes montadas no solo de inclinação fixa ou rastreadores de eixo único. As matrizes de inclinação fixa são dispostas em fileiras de orientação Leste-Oeste de painéis inclinados para o Sul a um ângulo ditado pela latitude do local da matriz – quanto mais distante do equador, mais íngreme o ângulo de inclinação. Por contraste, os rastreadores de eixo único são instalados em fileiras de Norte-Sul com os painéis solares fixados a um eixo geométrico giratório chamado de um tubo de torque que move os painéis de uma orientação voltada para o Leste para uma orientação voltada para o Oeste ao longo do decorrer de cada dia, seguindo a progressão do sol através do céu. Para propósitos desta revelação, tanto os rastreadores de inclinação fixa quanto de eixo único são chamados coletivamente de matrizes solares axiais.

[0003] Excluindo os custos de aquisição de terra, os custos de projeto gerais para matrizes de grande escala incluem preparação do local (topografia, construção de estrada, nivelamento, conexões de grade e água etc.), fundações, hardware de rastreador ou inclinação fixa, painéis solares, inversores e conexões elétricas (conduto, fiação, escavação, interface de grade, etc.). Muitos destes custos foram reduzidos ao longo dos últimos anos devido à inovação contínua e economias de escala, entretanto, uma área que foi amplamente ignorada é a de fundações. As fundações fornecem uma interface estrutural uniforme que acopla o sistema ao solo.

[0004] Ao instalar um rastreador de eixo único convencional, após o local ter sido preparado, monopilares de prumo são conduzidos para dentro do solo em intervalos regulares ditados pelo fabricante de rastreador e/ou o plano do local; os componentes de sistema de rastreador são subsequentemente fixados à cabeça de tais pilares. Com mais frequência, os pilares têm um perfil em formato de H, porém, também podem ser em formato de C ou até mesmo em formato de caixa. Em matrizes de rastreador de eixo único de grande escala convencionais, a aquisição e construção das fundações pode representar até 5 a 10 por cento do custo total do sistema. Apesar desta parcela relativamente pequena, quaisquer economias em aço e trabalho associadas às fundações acumulará uma quantidade significativa de dinheiro ao longo de um grande portfólio de projetos solares. Além disso, os acordos de desenvolvimento de rastreador são frequentemente realizados um ano ou mais antes dos custos de instalação serem, de fato, incorridos, portanto, quaisquer economias de função pós-acordo que puderem ser realizadas estarão no topo dos benefícios já incluídos nos cálculos que apoiaram a construção do projeto.

[0005] Uma razão pela qual os monopilares dominaram o mercado para as fundações de rastreador de eixo único é sua simplicidade. É relativamente fácil conduzir monopilares para dentro do solo ao longo de uma linha reta com a tecnologia existente. Embora seu projeto seja inerentemente perdulário, seu custo relativamente baixo e desempenho previsível os tornam uma escolha óbvia em relação a alternativas mais dispendiosas. A física de um monopilar obriga que ele seja sobredimensionado, visto que membros estruturais pequenos não são bons em resistir forças de flexão. Quando usada para suportar um rastreador de eixo único, as maiores forças sobre a fundação não são do peso dos componentes, mas, em vez disso, a força lateral combinada do vento atingindo os painéis solares fixados à matriz. Esta força lateral é traduzida para a fundação de monopilar como momento de flexão. A magnitude do momento é muito maior que o carregamento estático atribuível ao peso dos painéis e componentes de rastreador. Portanto, quando usadas para suportar rastreadores de eixo único, as fundações de monopilar devem ser sobredimensionadas e conduzidas profundamente para dentro do solo para enfrentarem cargas laterais.

[0006] Há alternativas aos monopilares disponíveis no mercado, porém, até o presente momento, elas não foram competitivas quanto ao custo. Por exemplo, em solos muito difíceis em que recusas dispendiosas dominam, alguns instaladores solares usarão parafusos de solo em vez de pilares em H. Como o nome sugere, um parafuso de solo é essencialmente uma versão de escala aumentada de um parafuso de madeira ou parafuso de metal autoatarraxante, com uma haste oca alongada e uma extremidade afunilada terminando em uma lâmina ou ponto. O parafuso também tem uma forma de rosca externa grande que se estende a partir da ponta, subindo o afunilamento e até mesmo parcialmente até a haste para possibilitar que engate com o solo quando aparafusado no solo. Tal parafuso de solo da técnica anterior é mostrado, por exemplo, na Figura 1A. Os parafusos de solo como o parafuso de solo 10 em 1A são fabricados e comercializados por Krinner, GmbH de Strasskirchen, Alemanha, entre outros. Quando instaladores encontram solos rochosos ou devem instalar sobre substrato rochoso, eles pré-perfuram orifícios no local de cada parafuso de solo e, então, acionam os parafusos nos orifícios pré- perfurados, fixando o hardware de fundação acima do solo na cabeça de cada parafuso.

[0007] Quando usadas em fundações para rastreadores de eixo único, parafusos de solo como aqueles na Figura 1A são tipicamente instalados em pares adjacentes. Os pares são unidos acima do solo com um apoio em T invertido que apresenta uma interface de monopilar para o rastreador de eixo único. Isso é visto, por exemplo, no sistema 20 na Figura 1B. Ft. Meyers, TERRASMART com base na Flórida instala fundações como o sistema 20 usando parafusos de solo de Krinner. Embora isso possa atenuar o problema de recusas, não otimiza as economias de material e apenas auxiliará onde alternativas menos dispendiosas não funcionam. As fundações verticais que suportam rastreadores de eixo único devem resistir à flexão, independentemente de serem feitas a partir de pilares em H ou parafusos de solo. Em referência à FIG. 2B, quando o vento atinge a matriz, ele gera uma força lateral identificada como FL na Figura. A magnitude desta força é igual a FL multiplicado pela altura do pilar acima do ponto em que a fundação é presa ao solo (por exemplo, não se move). Esta força coloca componentes de fundação de prumo em flexão. Visto que membros estruturais são geralmente insatisfatórios em resistir à flexão, eles devem ser sobreconstruídos para suportar a mesma.

[0008] Outra alternativa proposta a pilares em H conduzidos por percussão e parafusos de solo verticais, usa um par de parafusos de solo conduzidos a ângulos agudos um ao outro em uma configuração de quadro em A. Diferente de monopilares de prumo ou da fundação de parafuso duplo da Figura 1B, um quadro em A tem a vantagem de converter cargas laterais em forças axiais de tensão e compressão nas pernas. Isso é visto, por exemplo, no Pedido de Patente nº US publicado, 2018/0051915 (doravante neste documento após, “o pedido ’915”). A Figura 1C mostra o sistema descrito no pedido ’915. Em teoria, tal sistema possibilita que as pernas sejam mais finas que aquelas usadas, por exemplo, no sistema de 1B, visto que as pernas não são submetidas à flexão. A Figura 2C é um diagrama de força mostrando como cargas laterais são traduzidas em um quadro em A como aquele em 1C. A carga lateral F L coloca tensão na perna de barlavento e compressão na perna de sota-vento. O sistema 30 é potencialmente um aprimoramento em relação a pilares de prumo e parafusos de solo paralelos, entretanto, qualquer sistema que usa parafusos de solo padrão é em desvantagem de custos em relação a outras estruturas. Ademais, a geometria fechada do parafuso de solo obriga uma etapa de pré- perfuração separada onde a condução direta não é possível. Portanto, em sua forma atual, e com condução giratória e equipamento de perfuração convencionais, não é possível que parafusos de solo alcancem paridade de custos com fundações de monopilar em nenhum lugar além das piores condições de solo, e mesmo em tais condições, há espaço para aprimoramento significativo.

[0009] Em reconhecimento destes e outros problemas, é um objetivo de várias modalidades desta revelação fornecer uma fundação de armação ou quadro em A para rastreadores de eixo único e outras aplicações que realizam os benefícios de parafusos de solo em um fator de forma menos dispendioso, mais robusto e flexível, assim como máquinas e métodos para instalar tais fundações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0010] A FIG. 1A mostra um parafuso de solo convencional;

[0011] A FIG. 1B mostra uma fundação de parafuso de solo duplo convencional para rastreadores de eixo único;

[0012] A FIG. 1C mostra uma fundação de quadro em A de declive íngreme para rastreadores de eixo único usando um par de parafusos de solo convencionais;

[0013] A FIG. 2A é um parafuso de solo suportando uma fundação de monopilar;

[0014] A FIG. 2B é um diagrama de força que mostra como cargas laterais são traduzidas em uma fundação de monopilar;

[0015] A FIG. 2C é um diagrama de força que mostra como cargas laterais são traduzidas em uma fundação de quadro em A;

[0016] As FIGS. 3A-D mostram as etapas de fabricação para um parafuso de solo afunilado;

[0017] A FIG. 4A mostra uma âncora de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção;

[0018] A FIG. 4B é uma vista aproximada da extremidade rosqueada da âncora de parafuso da FIG. 4A;

[0019] A FIG. 4C mostra uma âncora de parafuso de acordo com várias outras modalidades da invenção;

[0020] A FIG. 5A é uma vista em corte de uma âncora de parafuso e mandril durante a condução de acordo com várias modalidades da invenção;

[0021] A FIG. 5B mostra uma âncora de parafuso sendo conduzida enquanto um mandril é simultaneamente martelado através do centro da âncora de parafuso;

[0022] A FIG. 6A mostra um par de âncoras de parafuso adjacentes conduzidas em solo subjacente para formar a base de uma fundação de armação de acordo com várias modalidades da invenção;

[0023] A FIG. 6B mostra uma fundação de armação concluída suportando uma porção de um rastreador de eixo único de acordo com várias modalidades da invenção;

[0024] A FIG. 7A mostra uma recusa de uma âncora de parafuso e mandril durante a condução devido a atingir o substrato rochoso de acordo com várias modalidades da invenção;

[0025] A FIG. 7B mostra uma etapa intermediária de um processo para atenuação de recusa in-situ de acordo com várias modalidades da invenção;

[0026] A FIG. 7C mostra a âncora de parafuso de 7B após a atenuação de recusa in-situ de acordo com várias modalidades da invenção;

[0027] A FIG. 7D mostra a âncora de parafuso de 7B após uma técnica alternativa de atenuação de recusa in-situ de acordo com várias modalidades da invenção;

[0028] A FIG. 8 é uma vista em corte parcial que mostra uma haste de perfuração augurada de acordo com várias modalidades da invenção;

[0029] As FIGS. 9A-C mostram várias brocas de perfuração de rocha utilizáveis para realizar a atenuação de recusa in-situ de acordo com várias modalidades da invenção;

[0030] As FIGS. 10A e B consistem em uma vista lateral e frontal de uma peça de equipamento pesado com uma fixação para instalar âncoras de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção;

[0031] A FIG. 11 é uma vista de uma porção de uma fixação para conduzir uma âncora de parafuso com um condutor giratório e mandril de acordo com várias modalidades da invenção;

[0032] A FIG. 12 é uma vista explodida de um conjunto para atuar um mandril através de um condutor giratório e âncora de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção;

[0033] A FIG. 13 é uma porção de uma âncora de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção; e

[0034] As FIGS. 14A-C são várias vistas de uma arruela helicoidal utilizável com um âncora de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0035] A seguinte descrição se destina a transmitir um entendimento minucioso das modalidades descritas fornecendo inúmeras modalidades e detalhes específicos envolvendo fundações de quadro em A usadas para suportar rastreadores solares de eixo único. Deve ser observado, entretanto, que a presente invenção não é limitada a estas modalidades e detalhes específicos, que são apenas exemplificativos. É adicionalmente entendido que alguém de habilidade comum na técnica, à luz de sistemas e métodos conhecidos, apreciaria o uso da invenção para seu propósito pretendido.

[0036] Como discutido nos Antecedentes, os parafusos de solo são uma alternativa aos monopilares convencionais (por exemplo, pilares em H, pilares em I, coluna e cimento, etc.). Os parafusos de solo são aparafusados no solo subjacente com uma condução giratória usando uma combinação de pressão para baixo e torque, semelhante à condução de um parafuso em madeira.

Geralmente, eles são conduzidos até que estejam completamente ou quase completamente enterrados e, então, outro hardware como apoios de montagem, braçadeiras ou suportes podem ser fixados à porção que permanece acima do solo para suportar placas, plataformas, quadros de construção pequenos e rastreadores solares de eixo único entre outras estruturas.

[0037] Como qualquer parafuso, a ponta afiada do parafuso de solo serve pelo menos para duas funções: uma, permite que o parafuso seja orientado precisamente sobre o ponto de inserção e fornece um condutor para ajudar a manter o mesmo na trajetória e para tracionar o parafuso para dentro do solo durante a condução. Segunda, o ponto e afunilamento aumentam a pressão ao redor das roscas à medida que o parafuso penetra, ajudando as mesmas a prender melhor o solo. A ponta também pode deslocar pequenas rochas que poderiam impedir a condução. Todos estes benefícios, entretanto, são realizados durante a condução. Após o parafuso estar no solo, a ponta tem pouco propósito e pode ser menos eficaz do que o restante do parafuso em resistir às forças axiais devido à sua geometria afunilada. Uma razão pela qual os parafusos de solo são raramente usados em rastreadores de eixo único de grande escala é que eles são relativamente difíceis e dispendiosos para fabricar em comparação com pilares em H e, portanto, custam mais. Um processo para produzir um parafuso de solo é mostrado, por exemplo, nas Figuras 3A-D.

[0038] O processo começa com o corte de um comprimento de cano oco arredondado a um comprimento desejado. Então, uma extremidade do cano é inserida em um forno ou aquecedor elétrico e até que alcance uma temperatura supercrítica. A extremidade quente, então, é inserida em uma máquina de encolhimento que fecha a ponta e confere um afunilamento e ponto. Uma vez que resfriar, uma tira de metal é formada ao redor do cano em um padrão rosqueado e é soldada à superfície do cano. Após resfriar, o parafuso acabado é galvanizado para completar o processo de fabricação. As duas etapas de formação a quente exigem uma grande quantidade de energia de entrada e a forma de rosca soldada é muito mais dispendiosa do que a estrutura equivalente formada em um processo a frio. Além disso, as etapas a quente intermediárias excluem o uso de metal que foi pré-galvanizado. A galvanização pré-fabricação é muito mais dispendiosa do que iniciar com metal pré-galvanizado.

[0039] Em grande medida, a forma que os parafusos de solo são instalados e usados exige este processo de fabricação de múltiplas etapas e dispendioso. Os parafusos precisam de uma ponta para auxiliar com a condução e os monopilares devem ser sobreconstruídos para suportar forças de flexão que são ortogonais ao eixo geométrico do parafuso. O sistema mostrado no pedido ’915 supera este problema traduzindo a carga lateral em forças axiais de tensão e compressão, entretanto, a magnitude das forças de tração e compressão aumenta exponencialmente quanto mais íngremes as pernas forem anguladas (por exemplo, quanto menor o ângulo de ápice entre as pernas de armação) – um fato não reconhecido no pedido ’915. Portanto, embora a fundação mostrada em 1C possa evitar a flexão, as grandes forças axiais geradas pelos ângulos íngremes recomendados ainda exigirão que os parafusos de solo sejam sobreconstruídos em relação aos quadros em A orientados como penas menos íngremes ou com um ângulo de ápice maior. Ademais, visto que o sistema é construído em parafusos de solo, ele ainda sofre das desvantagens de custo inerentes discutidas doravante neste documento.

[0040] Os inventores desta invenção propuseram um sistema de fundação, particularmente bem adequado para matrizes solares axiais (por exemplo, rastreadores de eixo único e matrizes montadas no solo de inclinação fixa), que usa um par de suportes angulados adjacentes configurados como um quadro em A angulado moderadamente (abaixo de 72,5 graus) em vez de um pilar vertical único. O sistema é conhecido comercialmente como EARTH TRUSS. A FIG. 4A mostra o componente de EARTH TRUSS de base, a âncora de parafuso 200. A âncora de parafuso 200 consiste em uma seção de cano alongado que tem um diâmetro substancialmente uniforme ao longo de seu comprimento que é aberto em ambas as extremidades. Estas são distinções importantes em relação a parafusos de solo convencionais. A extremidade de fundo ou abaixo do solo da âncora de parafuso 200 tem uma forma de rosca externa começando próxima à extremidade inferior que aumenta em diâmetro à medida que se estende cano acima, até que se nivele com um diâmetro uniforme por várias rotações a mais. Isso é visto em maiores detalhes em 4B, que mostra apenas a porção rosqueada 210 da âncora 200. Como é discutido em maiores detalhes doravante neste documento, a significância do condutor afunilado pode surgir durante a condução, assim como ao realizar a atenuação de recusa in-situ. A outra extremidade da âncora exemplificativa 200 em 4A tem uma porção de conexão 220, que, neste exemplo, é mostrada como um acoplamento. A porção de conexão 220 tem recursos que engatam com a bucha de um condutor giratório para possibilitar que a âncora de parafuso 200 seja conduzida. A porção de conexão 220 também tem pelo menos um recurso de acoplamento para possibilitar que a âncora de parafuso 200 seja conectada a outros componentes que se estendem substancialmente ao longo do mesmo eixo geométrico para fazer uma perna de duas peças.

[0041] Deve ser observado que, em várias modalidades, recursos de condução podem, em vez disso, ser estampados na extremidade superior da âncora de parafuso 200, em vez de parte de um elemento de fixação separado. Ademais, uma combinação de came e atrito ou outra técnica mecânica adequada pode possibilitar que a âncora de parafuso 200 seja girada para dentro solo sem nenhum recurso de condução embutido na extremidade superior. Em tais modalidades, uma porção de conexão separada pode ser usada ou elementos de acoplamento podem ser embutidos em outros componentes acima da âncora de parafuso 200.

[0042] A Figura 4C mostra a âncora de parafuso 250 de acordo com várias outras modalidades da invenção. A âncora de parafuso 250 difere da âncora de parafuso 200 no sentido de que tem um afunilamento ligeiro para a ponta em vez de ter um condutor afunilado na forma de rosca externa. Embora possa ser mais dispendia para produzir do que a âncora de parafuso 200, desde que a abertura na extremidade afunilada seja suficientemente grande, ela pode aproveitar todos os outros benefícios da âncora 200, conforme discutido doravante neste documento. Outras modalidades podem utilizar tanto uma ponta ligeiramente afunilada quanto forma rosqueada com um condutor afunilado.

[0043] Em várias modalidades, uma âncora de parafuso como a âncora 200 ou a âncora 250 será girada para dentro do solo usando um condutor giratório ou outro dispositivo similar. O condutor giratório pode girar a âncora de parafuso a partir do topo ou pode ser parcial ou totalmente inserido no pilar para girar a mesma parcialmente a partir de dentro. Visto que as várias âncoras de parafuso reveladas doravante neste documento são abertas em ambas as extremidades, e conforme discutido em maiores detalhes doravante neste documento, é possível e pode ser desejável inserir outra ferramenta na haste do pilar a partir de cima durante a condução para desobstruir uma trajetória adiante do pilar, para aumentar a pressão de solo ao redor da forma rosqueada, e até mesmo para escavar uma cavidade na rocha sólida para receber o pilar.

[0044] Voltando-se para as Figuras 5A e B, várias modalidades da invenção aproveitam a geometria aberta da âncora de parafuso para inserir ferramentas na mesma durante a condução. Em várias modalidades, estas ferramentas podem fornecer alguns dos benefícios de uma ponta em um parafuso de solo convencional e, ainda, devido ao corpo oco, não precisam permanecer no solo após a âncora de parafuso ser instalada. Para esta finalidade, a Figura 5A é uma vista em corte parcial mostrando uma porção de âncora exemplificativa de parafuso 200 com mandril 300 se estendendo através de seu centro. O mandril 300 é um membro alongado, preferencialmente de aço de resistência alta e com um diâmetro externo menor do que o diâmetro interno da âncora de parafuso

200. Em várias modalidades, o mandril 300 pode ter uma ponta separável 310 que é perfilada para as condições de solo específicas presentes e para facilitar a substituição de ponta sem descartar o mandril inteiro. O mandril 300 pode ser atuado para aplicar pressão para baixo à medida que a âncora de parafuso 200 é simultaneamente girada ao redor do mesmo. Alternativamente, o mandril 300 pode aplicar uma força de martelamento.

[0045] Em várias modalidades, a geometria aberta da âncora de parafuso 200 torna possível que ferramentas como um mandril sejam operadas independentemente dentro da âncora 200 e sejam removidas após a condução ser concluída, deixando apenas aqueles componentes necessários para resistir às forças axiais no solo. Como é visto nas Figuras 5A e B, durante a instalação, o mandril 300 pode ser inserido na extremidade de topo da âncora de parafuso 200, deslizado totalmente para baixo de seu comprimento até que alcance a extremidade abaixo do solo oposta e atuado para impulsionar ou martelar contra o solo subjacente. Em várias modalidades, e conforme discutido em maiores detalhes doravante neste documento, o mandril 300 pode ser conectado a um condutor separado que é alinhado em um eixo geométrico que se sobrepõe a um eixo geométrico através do centro de massa de âncora de parafuso 200. O mandril 300 pode se deslocar com a âncora de parafuso 200 à medida que é girado para impedir que o solo se prenda no centro da âncora de parafuso 200. Alternativamente, o mandril 300 pode impulsionar para baixo adiante da âncora de parafuso para ajudar a desobstruir uma trajetória e criar tensão de solo ao redor da forma de rosca externa 210. Isso pode ser verdadeiro independentemente de o mandril exercer pressão para baixo permanente, ser reciprocado ou ser martelado para dentro do solo subjacente.

[0046] Reciprocidade, martelamento ou simplesmente impulso para baixo com o mandril também pode permitir que ele se desloque e/ou rompa rochas menores que estão na trajetória de condução. Sem tal ação, as rochas e outras obstruções podem causar uma recusa e/ou danificar a âncora de parafuso 200. No campo de condução de pilar solar, uma recusa ocorre quando uma força de condução adicional falha em resultar em embutidura adicional. Geralmente, isso indica que o pilar atingiu uma rocha, solo de cimento ou, no caso extremo, substrato rochoso sólido. Reciprocando, martelando ou impulsionando para baixo com o mandril, ele funciona como um cinzel que pode esmagar rochas pequenas, objetos enterrados e bolsos de solo de cimento ou denso. Isso é mostrado e discutido em maiores detalhes, no contexto das Figuras 7A-D.

[0047] Voltando-se para as Figuras 6A e B, estas Figuras mostram dois estágios de instalação de um par de âncoras de parafuso adjacentes e uma fundação de armação para um rastreador de eixo único usando tais âncoras de parafuso de acordo com várias modalidades exemplificativas da invenção. Em 6A, as âncoras de parafuso 200 foram conduzidas para dentro do solo adjacentes uma à outra e inclinadas para dentro em ângulos agudos (por exemplo, menor que 90 graus). Em várias modalidades, e como mostrado no presente documento, elas podem ser conduzidas até serem quase totalmente embutidas, de modo que apenas a porção de extremidade permaneça acima do solo. Como mostrado nas Figuras 5A e B, as âncoras 200 podem ser conduzidas através do processo único descrito doravante neste documento, em que a âncora de parafuso 200 é girada para dentro do solo subjacente no ângulo desejado com uma combinação de torque e pressão para baixo por um condutor giratório, enquanto, ao mesmo tempo, um mandril ou outra ferramenta é atuada através da âncora de parafuso para auxiliar na condução. Uma vez que ambas as âncoras de parafuso 200 atingirem suas respectivas profundidades alvo, os componentes acima do solo são fixados.

[0048] No exemplo de 6A e B, as pernas superiores 225 são inseridas sobre as porções de conexões 220 para estender substancialmente o eixo geométrico principal de cada âncora de parafuso 200 em direção ao alojamento de mancal. As extremidades livres de cada perna superior 225 são unidas para formar uma armação em formato de quadro em A unitária por adaptador 230. Em várias modalidades, e conforme mostrado no presente documento, o adaptador 230 pode ter um par de porções de conexões simétricas que se estendem para baixo e para longe do adaptador para corresponder ao espaçamento e ao ângulo das pernas superiores 225. Um conjunto de mancal, como conjunto 240 é fixado ao topo do adaptador 230 e do tubo de torque 245 capturado de modo giratório dentro do mancal 242.

[0049] Voltando-se agora para as Figuras 7A-D, estas Figuras mostram vários cenários de condução com uma âncora de parafuso e sistema para conduzir uma âncora de parafuso de acordo com várias modalidades exemplificativas da invenção. Começando com a 7A, nesta Figura, a âncora de parafuso 200 é conduzida para dentro do solo de suporte subjacente à âncora. Em várias modalidades, e conforme discutido e mostrado doravante neste documento, isso é alcançado com um condutor giratório ou máquina de condução de parafuso. Substancialmente ao mesmo tempo, o mandril 300 é atuado através da âncora de parafuso 200 para pressionar para baixo, martelar e/ou reciprocar contra o solo à medida que a âncora 200 se desloca ao longo de sua trajetória. Em várias modalidades, e conforme mostrado na Figura, a ponta de mandril 310 pode se projetar para fora da extremidade abaixo do solo da âncora de parafuso 200 à medida que é conduzida. Em algumas modalidades, ela pode ficar substancialmente na mesma posição em relação à extremidade inferior da âncora 200, se deslocando para baixo com a âncora 200 para deslocar o solo e aumentar a pressão de solo ao redor das roscas da âncora. Em outras modalidades, a ponta de mandril 310 pode exercer pressão para baixo independentemente do pilar. Se o condutor giratório encontrar resistência excessiva à condução conforme indicado, por exemplo, por uma redução ou paragem no percurso para baixo ou resistência excessiva contra o condutor giratório ou ambos, o mandril 300 pode ser parcialmente retraído, de modo que a ponta 310 não se projete mais para fora da âncora para permitir que a poeira se prenda na extremidade, aliviando, assim, a pressão de solo que retarda a condução. Esta redução na pressão pode reduzir a resistência ao condutor giratório. É importante, ao aparafusar um pilar ou parafuso de solo no solo, que o pilar continue se movendo para frente, de modo que não forme um trado ou núcleo no orifício, o que reduzirá a resistência do pilar às forças axiais.

[0050] Em algum momento durante a condução, a ponta de mandril 310 em 7A encontra o substrato rochoso sólido resultando em uma recusa. Em várias modalidades, um processo único de atenuação de recusa in-situ começa, o qual era impossível anteriormente na técnica anterior com o parafuso de solo convencional ou com pilares em H. A condição de recusa pode, em várias modalidades, ser detectada por um operador ou por um ciclo de retro alimentação automatizado, detectando a falha do mandril ou âncora em penetrar mais adiante. Em várias modalidades, o operador removerá o mandril da âncora 200 e substituirá o mesmo por uma broca de rocha como a broca 400. Em algumas modalidades, a broca de rocha pode ser um acessório diferente do mesmo condutor atuando o mandril. Em outras modalidades, a broca de rocha pode ser uma máquina diferente, exigindo que o condutor de mandril seja pivotado ou, de outro modo, movido para fora do caminho para dar espaço para a broca de rocha. Uma vez fora, o mandril 300 é substituído por uma haste de perfuração 400 e a broca de perfuração de rocha 410. Estes componentes são inseridos na extremidade de topo da âncora 200 e passados através da mesma até alcançar o substrato rochoso abaixo. Em várias modalidades, o mesmo acionador usado para atuar o mandril é usado para atuar a broca de rocha. A broca de rocha pode consistir em um martelo de fundo de orifício e a broca que usa ar comprimido para martelar a broca dentro da âncora 200. Alternativamente, a broca de rocha pode ser um martelo de topo em que a ação de martelamento é aplicada à haste 400 e esta força é diretamente traduzida para a broca de rocha 410.

[0051] Como é conhecido na técnica, as brocas de rocha tipicamente usam ar pressurizado para gerar a ação de martelamento e para soprar os espólios de rocha triturada para fora do caminho. A ação específica da broca de rocha (por exemplo, martelamento, rotação) será, em parte, ditada pelo tipo de broca de perfuração usada. Por exemplo, uma broca de botão tipicamente emprega ação de martelamento sozinha, enquanto outros tipos de brocas podem depender de uma combinação de martelamento e corte giratório.

[0052] Em várias modalidades, a broca de rocha continuará sua ação até que uma cavidade tenha sido formada na rocha que tem a profundidade desejada. Esta profundidade pode ser a profundidade mínima necessária para prender a âncora de parafuso ou a profundidade alvo original. Em todo caso, uma vez que a cavidade for criada, a broca de rocha é removida, ou pelo menos parcialmente retirada da âncora 200, de modo que não se projete para baixo da mesma e o condutor giratório é engatado para conduzir a âncora para dentro da cavidade recém-formada. Em várias modalidades, o condutor afunilado nas roscas aumentará a probabilidade de que a aplicação de torque e pressão para baixo sobre a âncora 200 guie a mesma para dentro da cavidade. Em algumas modalidades, a âncora de parafuso 200 pode ser conduzida totalmente até o fundo da cavidade, como mostrado em 7C. Isto dependerá do tamanho do furo em relação ao diâmetro externo da âncora, de quão desobstruída e livre de espólios a cavidade está e da geometria e dimensões da forma rosqueada. Em outras modalidades, a âncora 200 pode não ser capaz de ser totalmente conduzida até o fundo da cavidade. Isso pode ser uma consequência das condições subterrâneas cegas (por exemplo, limpeza do orifício, densidade de solo acima do orifício) ou das dimensões da broca de perfuração 410 ou roscas. Em todo caso, pode ser possível apenas conduzir uma porção da âncora 200 para dentro da cavidade. Em alguns casos, conduzir a âncora 200 tão profundamente quanto possível pode fornecer engate suficiente entre as roscas de âncora e a parede da cavidade sem etapas adicionais. Em várias modalidades, isso poderia ser confirmado tracionando para cima a âncora 200 com o condutor giratório ou outra ferramenta com uma força fixa. Em outros casos, se o engate suficiente entre as roscas e a parede da cavidade não for alcançado, etapas adicionais podem ser necessárias.

[0053] Para tal finalidade, a haste de perfuração 400 e a broca 410 podem ser retiradas da âncora conduzida 200 e um acoplador ou outro dispositivo como o acoplador 430 pode descer pela âncora 200 até que alcance o fundo da cavidade. Em várias modalidades, o acoplador 430 pode ser uma peça de vergalhão ou outro material rígido que é suficientemente pequeno para caber dentro da âncora 200 porém, suficientemente longo para se estender a partir do fundo da cavidade para dentro da âncora 200. O propósito do acoplador 430 é conectar a âncora 200 à rocha subjacente. Um ou mais centralizadores 435 ou outros dispositivos similares podem ser usados para manter a orientação do acoplador 430 dentro do centro da âncora 200, assim como na cavidade. Após o acoplador 430 ser colocado, um volume de argamassa, epóxi ou outro material adequado pressurizado 440 pode ser injetado por meio da extremidade acima do solo da âncora 200, preenchendo a cavidade completamente e circundando o acoplador 430 e a porção da âncora 200 contendo o acoplador. Uma vez que o material 440 se assentar, a âncora 200 será firmemente acoplada ao substrato rochoso.

[0054] A Figura 8 mostra uma haste de perfuração de trado utilizável com várias modalidades da invenção. Dependendo do tipo de broca usada e de o martelo de topo ou martelo de fundo ser usado, pode ser necessário e/ou desejável usar energia mecânica para remover espólios gerados pela perfuração a partir da haste da âncora 200. Para esta finalidade, a haste de perfuração 402 inclui uma série de roscas helicoidais que circunscrevem parte, a maior parte ou todo o seu comprimento. Estas roscas tenderão a mover o material para cima e para fora do interior da âncora 200 quando a haste for girada na direção correta (sentido horário na haste exemplificativa 402 mostrada na Figura). Também é mostrada uma porção rosqueada macho 405 na base da haste 402 para fixar brocas de perfuração diferentes. Deve ser observado que a porção rosqueada 405 é exemplificativa apenas e destinada meramente a significar que as pontas podem ser removidas da haste 405 sem precisar descartar toda a haste. Em outras modalidades, uma abertura fêmea, uma conexão de pino, roscas cônicas, ou outros mecanismos de preensão conhecidos ou seus equivalentes funcionais podem ser usados em vez disto.

[0055] Voltando-se agora para as Figuras 9A-C, estas Figuras mostram várias brocas de perfuração diferentes que podem ser usadas com várias modalidades da invenção. A primeira broca, a broca 410A, é uma broca cruzada ou broca de rocha cruzada. Ela consiste em quatro lâminas tipo cinzel elevadas orientadas em um padrão de cruz. Este tipo de broca é tipicamente feito de aço com as lâminas revestidas com titânio ou produzidas a partir de aço endurecido ou carboneto. A broca pode ser martelada e girada para entalhar e arranhar através da rocha enquanto os espólios são evacuados por meio do espaço entre as quatro lâminas. A Figura 9B mostra a broca de rolo tricônica 410B. A broca de rolo tricônica tem três rodas em forma de cone giratórias cobertas por dentes de corte de aço ou carboneto que são fixados a uma cabeça estacionária por meio de uma conexão de mancal. À medida que a broca é girada, estes cones rolam ao longo do fundo do orifício em um padrão circular raspando a rocha subjacente. A pressão para baixo sobre a broca facilita o corte. Tais brocas são comumente usadas em exploração e extração de água, gás e óleo. Os espólios são extraídos por um ânulo no centro da broca com ar comprimido ou fluido. A última broca mostrada em 9C é a broca de martelamento tipo percussão 410C. As brocas de martelo não são afiadas e não usam corte como seu mecanismo de perfuração primário. Em vez disso, uma série de botões de carboneto endurecido é embutida na face da broca. Durante a rotação, uma espiga bate contra uma bigorna ou superfície de golpe dentro da cabeça de broca fazendo com que os botões pulverizem qualquer rocha com a qual entrem em contato enquanto a rotação e o ar comprimido varrem os detritos para fora do caminho e para canais de detritos, de modo que o próximo impacto atinja novamente a rocha intacta. Qualquer uma das brocas mostradas nas Figuras 9A-C, ou quaisquer outras comercialmente disponíveis ou ainda não desenvolvidas podem ser usadas com as várias modalidades da invenção.

[0056] Em certas situações em que a perfuração é necessária, pode ser desejável perfurar uma cavidade que tem um diâmetro externo ligeiramente maior do que o pilar de base. Por exemplo, para criar uma cavidade que é suficientemente ampla para aceitar pelo menos parcialmente a extremidade rosqueada 210 da âncora de parafuso 200. Para esta finalidade, a broca 410C na Figura 9C é um tipo de broca capaz de perfurar um orifício de diâmetro maior do que o revestimento no qual está inserida. Esta técnica é frequentemente empregada em aplicações de perfuração e revestimento, em que o diâmetro do furo precisa ser maior que o diâmetro do revestimento para permitir que os espólios sejam ejetados ao redor do diâmetro externo do cano, entre outros motivos. A broca 410C alcança isso com uma ou mais aletas implantáveis, denominadas “W” na Figura, que expandem o diâmetro de corte da broca uma vez que a broca está livre da âncora. Quando a broca 410C é inicialmente inserida na âncora de parafuso de extremidade 200, a uma ou mais aletas são rebaixadas para estarem contíguas à superfície externa da broca. Isso pode ser realizado mecanicamente ou por um operador que compreende as mesmas à medida que a broca é inserida na âncora. Quando a broca surge na outra extremidade, e as aletas não são mais comprimidas pela superfície interna da âncora, então, as mesmas se expandam para sua posição relaxada, sob ação de mola ou por meio de outro mecanismo de implantação, aumentando, assim, o diâmetro de corte da broca. Em várias modalidades, os botões de carboneto adicionais podem ser formados na superfície de corte das aletas (por exemplo, a superfície que é normal à direção de perfuração). Em várias modalidades, se as aletas forem carregadas por mola, a resistência da rocha tenderá a manter as mesmas para fora, ou seja, na orientação expandida. Uma vez que a profundidade desejada tiver sido alcançada e a broca e a haste forem retraídas para a extremidade de fundo da âncora, a pressão contra a parte traseira da uma ou mais aletas a partir da abertura de âncora impulsionará as mesmas de volta para a posição rebaixada, reduzindo o diâmetro externo da broca, permitindo que ela seja puxada para cima e removida da âncora. Deve ser observado que há várias outras brocas disponíveis para perfuração de camada inferior, incluindo aquelas que são intencionalmente deslocadas, de modo que, uma vez que começarem a girar, elas varram ao redor de um círculo de diâmetro maior.

[0057] Ao contrário dos solos de cimento e/ou rochosos que levam a recusas, alguns solos podem ser estruturados de modo tão solto que forneçam muito pouca resistência à condução, porém, ao mesmo tempo, são desprovidos da capacidade para resistir forças axiais de tensão e compressões. Em tais solos, a âncora de parafuso rosqueado 200 sozinha pode precisar de mais área de superfície ortogonal para fornecer a resistência necessária. Para esta finalidade, as Figuras 14A-C mostram uma arruela helicoidal de acordo com várias modalidades da invenção que pode ser utilizável com uma âncora de parafuso como a âncora de parafuso 200 na Figura 13 para aumentar a capacidade da âncora para resistir às forças axiais em tais solos. Começando com 14A e B, estas Figuras mostram a arruela helicoidal 270 de acordo com várias modalidades exemplificativas. Conforme mostrado, a arruela helicoidal 270 consiste na porção de corpo principal 272 e hélice 274. Como visto na vista em corte de 14B, o interior da porção de corpo principal 272 é rosqueado. Em várias modalidades, a profundidade e o passo destas roscas corresponderão ao passo e à profundidade de roscas externas 210 na âncora 200. Isso possibilitará que a arruela helicoidal 270 seja girada para a âncora 200 até que o condutor afunilado da forma rosqueada se projete mais à frente do que a profundidade rosqueada fêmea na arruela helicoidal 270. Quando a âncora 200 for conduzida para dentro do solo subjacente com a arruela helicoidal 270 fixada, a rotação no sentido horário da âncora reforçará em vez de afrouxar a conexão entre a arruela 270 e a porção rosqueada 210. O diâmetro externo da hélice 274 pode aumentar substancialmente a quantidade de área de superfície ortogonal, criando uma coluna ou cone de resistência para remoção e tornando muito difícil comprimir adicionalmente a âncora 200 após ser conduzida.

[0058] A Figura 14C mostra outra modalidade de uma arruela helicoidal utilizável com uma âncora de parafuso de acordo com várias modalidades exemplificativas da invenção. A arruela 280 de 14C consiste na arruela de retenção rosqueada 282 e na hélice separada 280. Em várias modalidades, a hélice 280 tem um passo que corresponde ao passo das roscas na porção rosqueada 210 e uma abertura central ligeiramente maior que o diâmetro externo da âncora 200, de modo que a hélice 280 possa ser rosqueada para cima da âncora 200 até um local desejado. Então, a arruela de retenção rosqueada 282, que tem preferencialmente roscas substancialmente correspondentes àquelas da arruela helicoidal 272, ou seja, roscas que têm o mesmo passo e profundidade da porção rosqueada 210, de modo que a arruela de retenção 282 também possa ser rosqueada na porção rosqueada 210 para pressionar a hélice

285 contra as roscas externas no local desejado e para capturar a mesma ali. A condução da âncora de parafuso helicoidal resultante pode ser realizada da mesma maneira que é descrita doravante neste documento.

[0059] Até este momento, a revelação focou em âncoras de parafuso e técnicas para conduzir a âncora de parafuso. O restante desta revelação irá focar em máquinas exemplificativas e métodos para operar máquinas para conduzir âncoras de parafuso para o suporte do solo enquanto se atua um mandril ou broca de rocha através da âncora de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção. Deve ser observado que as máquinas mostradas nestas Figuras são exemplificativas apenas e devem ser consideradas em termos de sua funcionalidade em relação à condução de âncoras de parafuso, em vez de seus atributos físicos conforme mostrados nos desenhos. Modalidades físicas diferentes são possíveis enquanto retêm o espírito e o escopo das várias modalidades da invenção.

[0060] Voltando-se para as FIGS. 10A e 1B, estas Figuras mostram vistas lateral e frontal, respectivamente, da máquina exemplificativa 600 para conduzir âncoras de parafuso de acordo com várias modalidades da invenção. Conforme mostrado, a máquina 600 inclui um corpo principal 605 conduzido em um chassi com carris 610. Deve ser observado que a máquina 600, em vez disso, poderia ter pneus, uma combinação de pneus e carris, um ou mais pontões flutuantes, trilhos ou outros meios conhecidos. Conforme mostrado, a máquina 600 tem um acessório, acessório 500, montado na extremidade do braço de articulação 620. Em várias modalidades, o braço de articulação 620 é parte da máquina de base e pode se mover através de um arco de aproximadamente 90 graus de uma posição estivada, em que o braço é substancialmente perpendicular ao solo para uma posição de uso, em que o braço é substancialmente paralelo ao solo. Em várias modalidades, a extremidade do braço de articulação 620 também é capaz de girar através de uma gama de ângulos ao redor de seu eixo geométrico (por exemplo, ± 35 graus da vertical) de modo que as âncoras de parafuso possam ser conduzidas para dentro do solo em ângulos fora de prumo. Isso também desacopla o eixo geométrico de condução de âncora de parafuso da orientação da máquina permitindo que compense pelo terreno não uniforme pelo menos na direção Leste-Oeste. Alternativamente, um rotador pode ser localizado na extremidade do braço 620, de modo que todo o braço não precise girar para girar o acessório 500. Em várias modalidades, a extremidade do braço de articulação 620 suporta o acessório de condução 500 com um eixo geométrico principal que pode ser substancialmente perpendicular ao braço de articulação 620. Portanto, quando o braço 620 está na posição estivada, o acessório 500 estará substancialmente paralelo ao solo, minimizando sua altura, enquanto, quando o braço 620 estiver na posição de uso, o acessório de condução 500 será substancialmente perpendicular ao solo.

[0061] Conforme mostrado no exemplo das FIGS. 10A/10B, o acessório 500 inclui o quadro 510 que funciona como um arcabouço para suportar o condutor giratório ou de parafuso 550 e o condutor de mandril 520, e isso proporciona um eixo geométrico comum para que os mesmos se movam. Em várias modalidades, o quadro 510 inclui um par de membros laterais paralelos 510A/B que são interconectados por membros cruzados. Esta configuração é apenas exemplificativa. Vários suportes, vigas e membros cruzados de armação e/ou reforçados, podem ser usados para fornecer a rigidez e resistência necessárias. O quadro 510 também pode incluir um ou mais carris sobre os quais o condutor de mandril e o condutor giratório se deslocam para limitar seu movimento apenas ao movimento axial. O um ou mais carris podem ser localizados entre os membros laterais paralelos 510A/B ou, alternativamente, como mostrado nas Figuras, podem ser fixados aos membros laterais 510A/B. Ainda em alternativas adicionais, o condutor de mandril 520 e o condutor giratório 550 podem se deslocar sobre rodas dentro de reentrâncias formadas nos membros laterais paralelos 510A/B. O mecanismo específico usado para limitar o movimento a um eixo geométrico único ao longo do acessório 500 é uma escolha de projeto.

[0062] Em várias modalidades, uma ou mais correntes de acionamento ligadas e montagens de motor correspondentes podem ser usadas para mover o condutor de mandril 520 e o condutor giratório 550 ao longo do um ou mais carris. Em várias modalidades, eles podem se mover independentemente um do outro. Em outras modalidades, eles podem se mover juntos. Ainda em modalidades adicionais, ambos os modos podem ser possíveis. Por exemplo, durante a condução, o condutor giratório 550 aplicará torque enquanto uma corrente de acionamento de motor 515 irá gerar força para baixo que é traduzida para a âncora por meio do condutor giratório 550. Portanto, a partir da perspectiva da âncora de parafuso, o condutor giratório está aplicado torque e força axial mesmo que a fonte da força axial possa ser um motor de acionamento da corrente. De modo similar, o condutor de mandril 520 pode aplicar uma ação de martelamento no mandril 300, entretanto, a força para baixo axial também pode ser proveniente da corrente de acionamento de motor 515, que, por sua vez, traciona o condutor de mandril 520 para baixo. Esta força, entretanto, é traduzida através do condutor de mandril para o mandril, portanto, da perspectiva do mandril, ambas estas forças axiais (martelamento e pressão para baixo) são provenientes do condutor de mandril.

[0063] Em várias modalidades, o condutor giratório 550 pode ser alimentado por corrente elétrica ou por atuação hidráulica de uma maneira conhecida na técnica. De modo similar, o condutor de mandril 520 pode ser alimentado por ar comprimido, corrente elétrica ou por atuação hidráulica. O condutor de mandril 520 pode ser uma perfuratriz hidráulica ou outro dispositivo adequado para gerar força para baixo e/ou força de martelamento. Em várias modalidades, e como mostrado nas Figuras, o condutor de mandril 520 e o condutor giratório 550 podem ser orientados concentricamente no quadro na direção do um ou mais carris, de modo que a haste do mandril 300 possa passar através do condutor giratório 550 e se mover para cima e para baixo dentro do condutor 550 enquanto ele gira uma âncora de parafuso para dentro do solo. Desta maneira, a ponta 310 do mandril 300 pode operar adiante da âncora de parafuso 200, se projetando para fora de sua abertura de fundo (abaixo do solo), para desobstruir uma trajetória para e adiante da âncora de parafuso 200. Isso também pode permitir que o mandril 300 seja descido através do condutor giratório uma vez que for desacoplado do condutor 520 para reparo e/ou substituição sem desmontar completamente o acessório 500.

[0064] Com referência continuada às FIGS. 10A e 10B, a máquina exemplificativa 600 tem uma porção de corpo principal 605 que aloja o motor à gasolina ou o motor elétrico, um tanque de combustível ou pilha, um sistema hidráulico, contrapesos se necessário e uma interface de controle da máquina, assentados no chassi de carris 610. A máquina 600 também pode ter um compressor de ar e vias de ar para fornecer ar pressurizado a um martelo de ar ou outro equipamento, uma tomada de energia para transferir mecanicamente energia para dispositivos externos, uma conexão elétrica para fornecer energia elétrica ao acessório 500, e uma ou mais interfaces hidráulicas para comunicar fluido hidráulico ao acessório 500, ao condutor de mandril 520 e/ou ao condutor giratório 550. No exemplo das Figuras 10A/B, o braço de articulação 620 se projeta para a direção oposta de uma extremidade da máquina (por exemplo, frontal ou traseira), funcionando como um suporte de acessório. Em outras modalidades, ele pode se projetar a partir de um dos lados. Em modalidades ainda adicionais, o braço 620 pode ser montado em uma torre giratória que pode girar completamente ao redor de um eixo geométrico vertical sobre o chassi de carris 610 para qualquer orientação radial. As linhas pontilhadas nas Figuras 10B nos lados do acessório 500 mostram como ele pode girar ao redor de um ponto de rotação para conduzir âncoras de parafuso para dentro do solo em ângulos.

[0065] A Figura 11 é uma vista aproximada do condutor de mandril 520 e do condutor giratório 550. Para facilidade de ilustração, o acessório e a máquina foram intencionalmente omitidos. Na configuração exemplificativa mostrada no presente documento, o mandril 300 é fixado ao condutor de mandril 520 por meio da conexão de pino 521. Conforme observado doravante neste documento, em várias modalidades, isso pode possibilitar a remoção simplificada do mandril 300 removendo o pino e permitindo que o mandril 300 caia através do condutor giratório 550 sob a força da gravidade. Em várias modalidades, um ou mais mancais como o mancal 552 são localizados acima e abaixo do condutor giratório 550 para limitar o movimento do mandril 300 e prevenir que o mesmo danifique o condutor giratório 550. O condutor giratório 550 pode ter uma cabeça giratória como a cabeça 555, a bucha, ou outro dispositivo para transferir torque e pressão de modo descendente para a âncora de parafuso 200. O corte parcial no fundo da Figura 11 mostra o ajuste do mandril 300 na âncora de parafuso

200. Nesta Figura exemplificativa, os movimentos de condutor giratório 550 e do condutor de mandril 520 são facilitados por uma corrente e um motor de acionamento que move a corrente. Em várias modalidades, o condutor giratório 550 é fixado à corrente 515, enquanto o condutor de mandril 520 é fixado, porém, capaz de ser desacoplado da corrente 515 para movimento independente ou para ficar no lugar. Deve ser observado que, em vez de uma corrente, dois ou mais atuadores hidráulicos podem ser usados para impulsionar e tracionar o condutor giratório 550 ao longo de seu eixo geométrico de deslocamento e para fazer com que o condutor de mandril 520 se desloque com o mesmo ou independentemente do mesmo. A maneira específica em que a força para baixo é gerada e a forma que o condutor giratório 550 e o condutor de mandril 520 se deslocam ao longo de seu eixo geométrico é uma escolha de projeto.

[0066] Conforme discutido doravante neste documento, a capacidade para atuar ferramentas através da âncora de parafuso durante a condução é uma vantagem principal em relação aos parafusos de solo convencionais. Isso é possível visto que ambas as extremidades da âncora de parafuso são abertas. As extremidades abertas são alcançadas com poucas, e não muitas etapas de fabricação, permitindo um processo de fabricação menos dispendioso e intensivo quanto à energia. As ferramentas podem simular a funcionalidade e os benefícios da ponta de parafuso de solo, todos os quais são realizados durante a condução, enquanto fornece melhor tração para fora e resistência à compressão por unidade de comprimento, visto que a ponta é removida após a condução. Para esta finalidade, dependendo de como o torque é conferido à âncora de parafuso, pode ser necessário que o mandril passe diretamente através do condutor giratório. A Figura 12 mostra um conjunto para alcançar isso, entretanto, deve ser observado que há muitas formas possíveis de fazê-lo.

[0067] A Figura 12 é uma vista explodida parcial de uma pilha de conjunto de trem de acionamento e engrenagem que permite que o mandril 300 atue dentro do condutor giratório 550 sem afetar sua operação de acordo com várias modalidades da invenção. Conforme mostrado, em sua extremidade de topo, a engrenagem de saída 551 é acoplada mecanicamente à haste de saída de um motor elétrico ou hidráulico. Ela pode ser diretamente acoplada à saída ou acoplada por meio de uma transmissão ou outro conjunto de engrenagem de redução (não mostrado) para fornecer uma maior vantagem mecânica. A engrenagem de saída 551 é sincronizada com a engrenagem de acionamento de duas partes 552 consistindo na porção acionada 553 e na porção de acionamento 554. Em várias modalidades, a porção de acionamento 554 é estriada para fazer interface com estrias na engrenagem solar 576 que é o centro do conjunto de engrenagens planetárias 575. O conjunto de engrenagens planetárias 575 consiste na engrenagem de anel 571 no interior do alojamento 570 que retém engrenagens planetárias 577 que orbitam a engrenagem solar

576. À medida que a engrenagem de acionamento 551 gira a porção acionada 553 da engrenagem de acionamento, a porção de acionamento 554 gira a engrenagem solar 576 no lugar. A engrenagem solar 576 aciona as engrenagens planetárias 577, neste caso, quatro engrenagens planetárias, para girar dentro da engrenagem de anel 571. O veículo planetário 580 é fixado ao centro de cada engrenagem planetária 577 com um mancal para gerar potência de saída para o condutor giratório. O veículo planetário 580 inclui o cubo estriado 581 que corresponde à cabeça de acionamento estriada 582. Uma bucha ou placa de acionamento como a placa de acionamento 554 na Figura 11 ou a bucha de acionamento 555 nas Figuras 12 é conectada à cabeça de acionamento estriada 582 para transferir torque à cabeça de uma âncora de parafuso. Embora não seja mostrado, um ou mais colares de mancal podem ser posicionados no ponto em que o mandril 300 entra e sai do alojamento 570 do condutor giratório 550 para limitar seu movimento ao movimento axial sem afetar o movimento do condutor giratório.

[0068] As modalidades das presentes invenções não devem ser limitadas quanto ao escopo pelas modalidades específicas descritas doravante neste documento. De fato, várias modificações das modalidades das presentes invenções, além daquelas descritas doravante neste documento, serão evidentes àqueles de habilidade comum na técnica a partir da descrição supracitada e dos desenhos anexos. Portanto, tais modificações são destinadas a serem abrangidas pelo escopo das seguintes reivindicações anexas. Ademais, embora algumas das modalidades da presente invenção tenham sido descritas no presente documento no contexto de uma implementação particular em um ambiente particular para um propósito particular, aqueles de habilidade comum na técnica reconhecerão que sua utilidade não é limitada aos mesmos e que as modalidades das presentes invenções podem ser implementadas de modo benéfico em inúmeros ambientes para inúmeros propósitos. Consequentemente, as reivindicações apresentadas abaixo devem ser interpretadas em vista do âmbito e espírito totais das modalidades das presentes invenções conforme reveladas no presente documento.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Âncora de parafuso caracterizada por compreender: um membro alongado que tem uma extremidade de inserção aberta e uma extremidade de condução aberta oposta; e uma forma de rosca começando na extremidade de inserção e se estendendo ao longo de uma porção do membro alongado, em que um perfil da forma de rosca aumenta à medida que percorre na direção oposta a extremidade de inserção ao longo do membro alongado, enquanto um diâmetro interno e externo do membro alongado permanece substancialmente constante para possibilitar que uma ferramenta se estenda através da âncora de parafuso enquanto a âncora de parafuso é conduzida.

2. Âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender adicionalmente pelo menos um recurso de condução próximo à extremidade de condução para possibilitar o engate com um condutor giratório.

3. Âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por pelo menos um recurso de condução compreender um colar para conduzir e acoplar a uma perna superior.

4. Âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a ferramenta compreender uma ferramenta selecionada a partir do grupo consistindo em um mandril, um martelo de topo e um martelo de fundo de orifício.

5. Âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender adicionalmente uma arruela helicoidal rosqueada sobre a forma de rosca, a arruela helicoidal tendo uma hélice que é substancialmente ortogonal ao eixo geométrico principal da âncora de parafuso.

6. Conjunto de âncora de parafuso caracterizado por compreender: uma haste oca com uma primeira extremidade de inserção aberta, e uma segunda extremidade de condução aberta oposta; e uma forma de rosca externa que se projeta na direção oposta a uma superfície externa da haste oca começando na primeira extremidade de inserção e terminando em um ponto ao longo da haste, sendo a forma de rosca compreendida de uma primeira porção de diâmetro externo crescente e segunda porção de diâmetro externo substancialmente uniforme, em que um diâmetro interno e externo da haste permanece substancialmente constante ao longo de ambas as porções.

7. Conjunto de âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um recurso de condução próximo à segunda extremidade de condução.

8. Conjunto de âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender adicionalmente uma ferramenta que se estende através da haste oca a partir da segunda extremidade de condução para a primeira extremidade de inserção.

9. Conjunto de âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a ferramenta ser selecionada a partir do grupo consistindo em um mandril, um martelo de topo e um martelo de fundo de orifício.

10. Conjunto de âncora de parafuso, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente uma cavidade formada em rocha localizada no solo subjacente ativando a ferramenta através da haste oca, a cavidade tendo um diâmetro interno substancialmente constante que é menor que o diâmetro externo substancialmente uniforme da forma de rosca.

11. Primeiro componente para um sistema de fundação de armação caracterizado por compreender: uma haste oca alongada que é aberta em ambas as extremidades, a haste tendo um diâmetro interno substancialmente uniforme de seção transversal circular; e uma forma de rosca externa começando em uma primeira extremidade de inserção da haste e se estendendo ao redor e ao longo da haste oca, em que a forma de rosca compreende uma porção de perfil crescente e uma porção de perfil uniforme.

12. Primeiro componente, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos um recurso de condução em uma segunda extremidade de condução da haste.

13. Primeiro componente, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender adicionalmente um recurso de conexão em uma segunda extremidade da haste para se conectar a um segundo componente, o segundo componente estendendo substancialmente um eixo geométrico principal da haste alongada do primeiro componente.

14. Primeiro componente, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o segundo componente compreender uma perna superior.

15. Primeiro componente, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender adicionalmente uma ferramenta que se estende através da haste oca a partir da segunda extremidade para a primeira extremidade.

16. Primeiro componente, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a ferramenta ser selecionada a partir do grupo consistindo em um mandril, um martelo de topo e um martelo de fundo de orifício.