BRPI0916380B1 - Calcadeira blindada e método de uso para fazer colunas de agregado - Google Patents

Description

(54) Título: CALCADEIRA BLINDADA E MÉTODO DE USO PARA FAZER COLUNAS DE AGREGADO (51) lnt.CI.: E02D 7/00; E02D 7/18; E02D 11/00 (30) Prioridade Unionista: 29/07/2008 US 61/084,520 (73) Titular(es): GEOPIER FOUNDATION COMPANY INC (72) Inventor(es): KORD J. WISSMANN (85) Data do Início da Fase Nacional: 26/01/2011

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “CALCADEIRA BLINDADA E MÉTODO DE USO PARA FAZER COLUNAS DE AGREGADO”.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido está relacionado ao e reivindica a prioridade do pedido de patente provisório dos Estados Unidos de n” de série 61/084.520, depositado no dia 29 de julho de 2008, cuja revelação encontra-se anexada ao presente documento na íntegra para fins de referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a uma cabeça de calçamento e a um método para instalar uma coluna de agregado em ambientes de solo macio e instável. Mais especificamente, ela se refere a uma cabeça de calçamento e a um método capazes de impedir o desmoronamento do solo das paredes laterais durante o calçamento ao mesmo tempo em que permite que o uso de camadas de agregado mais grossas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Instalações pesadas ou suscetíveis ao assentamento localizadas em áreas contendo solos macios ou fracos costumam ser sustentadas por alicerces profundos que consistem em pilares guiados ou colunas de concreto perfuradas. Os alicerces profundos são projetados para transferir as cargas da estrutura através dos solos macios para estratos de solo mais capacitados.

Nos últimos anos, colunas de agregado vêm sendo cada vez mais usadas para sustentar estruturas localizadas em áreas de solo macio. As colunas são projetadas para reforçar e fortalecer a camada macia e minimizar assentamentos consequentes. As colunas são construídas usando-se vários métodos, incluindo o método de perfuração e calçamento descrito nas patentes dos Estados Unidos n² 5.249.892 e 6.354.766; o método de mandril guiado descrito na patente dos Estados Unidos n² 6.425.713; o método de mandril guiado por cabeça de ío calçamento descrito na patente dos Estados Unidos n² 7.226.246; e o método de mandril acalcado guiado descrito na patente dos Estados Unidos n² 7.326.004; cujas revelações encontram-se anexadas ao presente documento na íntegra para fins de referência.

O método de coluna de agregado curta (patentes dos Estados Unidos n² 5.249.892 e 6.354.766), que inclui perfurar ou escavar uma cavidade, é uma solução de alicerce eficaz quando instalada em solos coesivos em que a estabilidade das paredes laterais do orifício se mantém com facilidade. Em termos gerais, o método consiste em: a) perfurar uma cavidade ou orifício amplamente cilíndrico no solo de alicerce (normalmente em torno de 72,2 cm); b) compactar o solo no fundo da cavidade; c) instalar uma camada de agregado relativamente fina na cavidade (normalmente em torno de 30,48 a 45,72 cm); d) calcar a camada de agregado com uma cabeça de calçamento chanfrada especialmente projetada; e e) repetir o processo para formar uma coluna de agregado que geralmente se estende até a superfície do z

solo. E fundamental ao processo a aplicação de energia suficiente à cabeça de calçamento chanfrada de modo que o processo desenvolva tensões laterais dentro do solo matriz acima ao longo das laterais da cavidade durante o calçamento sequencial. Esse estabelecimento de tensão lateral é importante, pois diminui a compressibilídade do solo matriz e permite que cargas aplicadas sejam transferidas com eficácia ao solo matriz durante o carregamento da coluna.

O método de mandril guiado pela cabeça de calçamento (patente dos Estados Unidos n° 7.226.246) é uma forma modificada do método de coluna de agregado curta. Em termos gerais, ele consiste em guiar um tubo oco (mandril) dentro do solo sem a necessidade de perfuração. O tubo é munido de uma cabeça de calçamento na parte inferior, a qual tem um diâmetro maior do que o tubo com uma parte inferior plana e lados chanfrados. O mandril é conduzido ao fundo planejado para a elevação da coluna, preenchido com agregado e, então, erguido, permitindo que o agregado escoe para fora dele e para dentro da cavidade criada ao retirá-lo. A cabeça de calçamento é, então, conduzida de volta ao agregado a fim de compactá-lo. O formato inferior plano da cabeça de calçamento compacta o agregado; os lados chanfrados forçam o agregado rumo às paredes laterais do orifício, aumentado assim as tensões laterais no solo circundante.

O método do mandril chanfrado guiado (patente dos Estados Unidos n^a 7.326.004) representa outro meio de eriar uma coluna de agregado com um mandril modificado. Neste caso, o formato do mandril é o de um cone truncado, maior em cima do que embaixo, com um ângulo de afunilamento de cerca de 1° a cerca de 5° em relação ao sentido vertical. O mandril é conduzido para dentro do solo, fazendo com que o solo matriz se desloque para baixo e para os lados durante a condução. Depois de chegar ao fundo planejado para a elevação da coluna, o mandril é retirado, formando uma cavidade cônica no solo. O formato cônico do mandril permite a estabilização temporária das paredes laterais do orifício de modo que seja possível inserir o agregado na cavidade pela superfície do solo. Após posicionar uma camada de agregado, o mandril é descido novamente rumo ao agregado a fim de compactá-lo e forçá-lo para os lados rumo às paredes laterais do orifício. Muitas vezes, usa-se um mandril maior para compactar o agregado próximo ao topo da coluna.

Um problema antigo que se buscou resolver é que, em ambientes de solo macio e instável, uma cavidade de coluna formada tende a distorcer, desmoronar ou se danificar de alguma outra forma à medida que a coluna é formada nela. O desmoronamento das paredes laterais ocorre à medida que a calcadeira da técnica anterior é descida, exercendo assim pressão lateral às laterais da cavidade à medida que o agregado é comprimido. Essa pressão leva à rotação do solo macio nos arredores da cabeça de calçamento e leva ao desmoronamento das paredes laterais com a subida da cabeça de calçamento. O desmoronamento das paredes laterais deve ser evitado durante o processo de construção e pode levar à perda de pré-tensão. O problema é particularmente complicado no que se refere a camadas compactadas relativamente grossas. Além disso, esse desmoronamento do solo pode retardar o processo de construção da coluna já que é necessário remover mais solo ou, ainda, reabrir a cavidade. Portanto, desejamos desenvolver uma técnica de construção de colunas de agregado que diminua o risco de danos à cavidade da coluna (incluindo o desmoronamento das paredes laterais) durante a construção da coluna. Também desejamos desenvolver uma técnica de construção de colunas de agregado que permita que um agregado de maior espessura seja compactado por camada, aumentando assim a eficiência do processo e diminuindo o tempo que o mandril conduzido precisa se manter dentro da cavidade.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Em um aspecto, a invenção se refere a um dispositivo de calçamento incluindo um eixo, uma cabeça de calçamento guiada e uma blindagem. A cabeça de calçamento é ligada à extremidade do eixo para calcar uma camada de agregado dentro de uma cavidade formada no solo. A blindagem se estende para cima em uma altura predeterminara a partir da referida cabeça de calçamento por uma quantidade suficiente para impedir que as paredes laterais da cavidade em que o dispositivo de calçamento for usado caiam ou desmoronem dentro da cavidade.

A cabeça de calçamento pode compreender ainda uma superfície chanfrada que se estende circunferentemente da referida superfície inferior às bordas. A superfície chanfrada pode se estender para cima a partir da face inferior cega a um ângulo de cerca de 45°.

A blindagem pode ser de uma largura com a qual faça contato em sua borda inferior com a cabeça de calçamento em uma superfície superior em torno das bordas. A blindagem pode repousar sobre a cabeça de calçamento e ter uma abertura para permitir a passagem do referido eixo com a referida cabeça de calçamento ligada a ele. A altura predeterminada da io blindagem pode ser na faixa de cerca de 0,914 a 1,524 m. A largura da calcadeira pode ser na faixa de cerca de 30,48 a 91,44 cm). A cabeça de calçamento pode ser substancialmente circular.

Em um aspecto alternativo, a invenção se refere a um método para construir colunas de agregado. O método inclui formar uma cavidade alongada na superfície do solo. A cavidade possui uma área transversal amplamente uniforme. Uma camada de agregado é colocada na cavidade. A camada é, então, calcado usando-se um dispositivo de calçamento com uma cabeça de calçamento ligada à extremidade de um eixo. A cabeça de calçamento tem uma face inferior cega amplamente plana e uma blindagem que se estende para cima em uma altura predeterminada a partir da cabeça de calçamento por uma quantidade suficiente para impedir que as paredes laterais da cavidade caiam ou desmoronem dentro da cavidade. De preferência, realizamos este método em solos macios. Mais especifícamente, o referido solo macio pode ser argila lodosa,

Ί argila arenosa, argila pobre e rica, argila pobre arenosa ou argila macia, em alguns casos, com lençol freático.

A cabeça de calçamento usada no método pode compreender ainda uma superfície chanfrada que se estende circunferentemente da referida superfície inferior às bordas. A superfície chanfrada pode se estender para cima a partir da face inferior cega a um ângulo de cerca de 45°.

A blindagem usada no método pode ter uma largura com a qual faça contato em sua borda inferior com a cabeça de calçamento em uma superfície superior em torno das bordas. A blindagem pode repousar sobre a cabeça de calçamento e ter uma abertura para permitir a passagem do referido eixo com a referida cabeça de calçamento ligada a ele.

O calçamento do método pode ser realizado conduzindo-se a cabeça de calçamento com o referido eixo que se estende para cima a partir dela e a referida blindagem que se estende para cima em uma altura predeterminada suficiente para impedir que as referidas paredes laterais da cavidade alongada caiam ou desmoronem dentro da cavidade durante as operações de calçamento, a referida blindagem tendo uma abertura na parte superior que permita que o referido eixo a atravesse para se conectar à referida cabeça de calçamento.

A altura predeterminada da blindagem usada no método pode ser na faixa de cerca de 0,914 a 1,524 m. A largura da cabeça de calçamento pode ser na faixa de cerca de 30,48 a

91,44 cm. A cabeça de calçamento pode ser substancial mente circular.

A espessura da camada de agregado no método pode ser aproximadamente igual a duas ou três vezes a distância r

ao longo da cavidade. E possível realizar o calçamento em uma cavidade formada em solo macio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS As Figs. IA e 1B são vistas laterais do dispositivo de calçamento da invenção;

a Fig. 2 ilustra uma broca/trado e um dispositivo de compressão, incluindo o dispositivo de calçamento da invenção;

a Fig. 3 é uma vista lateral em corte transversal parcial ilustrando como o preenchimento de agregado é adicionado em camadas em uma cavidade preparada para uso com a invenção;

a Fig. 4 é uma vista lateral em corte transversal parcial ilustrando o calçamento do preenchimento de agregado usando-se o dispositivo de calçamento da invenção;

a Fig. 5 é uma vista lateral em corte transversal parcial ilustrando o preenchimento de agregado após o calçamento;

a Fig. 6 é uma tabela ilustrando os resultados de testes de carga em uma coluna de agregado construída usando-se o dispositivo de calçamento da invenção como no Exemplo I;

a Fig. 7 ilustra a curva deflexão-tempo em colunas instaladas corno no Exemplo II;

a Fig. 8 ilustra os resultados de três testes modulares nas colunas instaladas como no Exemplo II; e a Fig. 9 ilustra os resultados de testes de tensão sobre colunas instaladas como no Exemplo III.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA

INVENÇÃO

A presente invenção refere-se à instalação de colunas de agregado em solos de alicerce para sustentar construções, muros, unidades industriais e estruturas referentes ao transporte. Em específico, a invenção refere-se à instalação eficiente de colunas de agregado usando-se uma cabeça de calçamento aprimorada que possui uma nova parte blindada. A calcadeira blindada é projetada para possibilitar um processo de construção de colunas mais rápido e eficiente que impeça o desmoronamento do solo das paredes laterais durante o calçamento. Ademais, a calcadeira ou dispositivo de calçamento blindado contemplado no presente documento possibilita o uso de camadas de agregado mais grossas do que o possível em processos de construção de colunas de agregado convencionais.

No decorrer deste documento, chamaremos o dispositivo de calçamento 11 da presente invenção contemplada pelo presente documento de dispositivo ou ferramenta de “calcadeira blindada”, conforme ilustram as Figs. IA e 1B. O dispositivo de calçamento 11 pode compreender um eixo 13 para guiar uma cabeça de calçamento 15 ligada à extremidade do eixo 13 a fim de acalcar uma camada de agregado 47 (Figs. de 3 a 5) dentro de uma cavidade 41 formada na superfície do solo. Uma blindagem 17 se estende para cima em uma altura predeterminara a partir da cabeça de calçamento 15 por uma quantidade suficiente para sustentar as paredes laterais 51 da cavidade 41 na qual o dispositivo de calçamento 11 será usado e para impedir que as paredes laterais 51 caiam ou desmoronem dentro da cavidade 41.

ίο A cabeça de calçamento 15 pode ter uma face inferior cega amplamente plana 19 (Fig. 1 A) e, como opção, uma superfície chanfrada 21 que se estende circunferentemente da face inferior 19 às bordas (Fig. 1B). Em uma concretização, a superfície chanfrada 21 se estende para cima a partir da face inferior cega 19 a um ângulo de cerca de 45°. A blindagem 17, que pode ser feita de metal, plástico, borracha ou outros materiais, pode ter uma largura em geral próxima à largura da cabeça de calçamento 15. Em termos gerais, a blindagem 17 é configurada bem próxima da cabeça de calçamento 15 para impedir a entrada de solo entre elas.

Em uma concretização, a blindagem 17 tem uma altura acima da superfície superior da cabeça de calçamento 15 de cerca de 0,914 m. Em um aspecto mais geral, a altura da blindagem 17 é escolhida para ser eficaz na prevenção do desmoronamento das paredes laterais, conforme transparecerá prontamente pela leitura da revelação do presente documento. A

II largura da cabeça de calçamento 15 (e, portanto, da blindagem) pode ser de cerca de 30,48 a 76,2 cm, e a cabeça de calçamento 15 pode ser substancialmente circular. Em termos mais gerais, a largura é escolhida para ser eficiente na realização do calçamento desejado ao mesmo tempo em que impede o desmoronamento das paredes laterais.

De preferência, a blindagem é uma estrutura leve. Concretizações exemplificativas da blindagem 17 podem compreender um cilindro de plástico firme ou aço oco (com ou sem escoramento cruzado interno), um cilindro de plástico firme ou aço preenchido com espuma leve ou correias sintéticas firmes envolvendo o eixo 13.

Com referência às Figs. de 2 a 5, um método de uso também é contemplado. O método inclui formar uma cavidade ou orifício vertical alongado 41 com uma área transversal amplamente uniforme com uma largura 45, conforme ilustra a Fig. 3, na superfície e solo. A cavidade ou orifício 41 pode ser feito por meio de um dispositivo de perfuração 33 como o da Fig. 2. O dispositivo de perfuração 33 tem uma cabeça de calçamento ou trado 35 para formar a cavidade ou orifício 41. O dispositivo de calçamento 11 é, então, conduzido dentro da cavidade 41 a fim de comprimir o agregado 47 por meio de um dispositivo de propulsão ou soco 31. De preferência, a cavidade vertical 41 é amplamente cilíndrica e feita de qualquer maneira adequada e, como opção, por meio do dispositivo de perfuração ilustrado na Fig. 2. A cavidade 41, que tem uma profundidade predeterminada 53, também pode ser feita penetrando-se e extraindo-se um tubo ou mandril alongado.

Conforme ilustra a Fig. 3, uma camada de agregado 47 é, então, levada ao fundo da cavidade 41 com uma espessura de camada predeterminada 49. Em decorrência da configuração da ferramenta de calçamento blindada 11 da presente invenção, cada camada de agregado colocada na cavidade pode ter uma espessura dentro da cavidade superior às espessuras de camada possíveis com técnicas de formação de ío colunas de agregado convencionais. Por exemplo, conforme discutido abaixo, camadas de agregado 47 não-compactadas na faixa de 0,914 a 1,524 m em cavidades com diâmetros de 50,8 a 60,96 cm são viáveis. Esse aspecto permite que o processo seja mais eficiente, pois métodos de colunas de agregado convencionais normalmente usam camadas de agregado nãocompactadas de 0,457 m de espessura, exigindo mais camadas e mais tempo para construir a coluna, ao passo que a ferramenta de calçamento 11 contemplada no presente documento pode compactar camadas 47 duas vezes mais espessas do que as ferramentas convencionais. Em seguida, a camada de agregado 47 é calcada, conforme ilustra a Fig. 4, usando-se a ferramenta de calçamento blindada 11 da presente invenção, que é especialmente projetada para suprir a antiga necessidade de impedir que as paredes laterais 51 da cavidade 41 caiam e desmoronem dentro da cavidade 41 durante o processo de calçamento. Conforme discutido acima, esse desmoronamento das paredes laterais prevalece em ambientes de solo macio ou instável quando dispositivos de calçamento da técnica anterior são descidos, exercendo assim pressão lateral às laterais da cavidade à medida que o agregado é comprimido e fazendo com que o solo macio girado em torno da cabeça de calçamento desmoronem com a subida da cabeça de calçamento.

A coluna é concluída com a adição e o calçamento de camadas sucessivas. A Fig. 5 ilustra uma camada compactada 61 de profundidade predeterminada após a io compactação e a expansão lateral a fim de penetrar nas paredes laterais 51 nas regiões 37 e 43 da cavidade 41. Como consequência, o solo ao redor da camada compactada 61 também é densificado na região 36.

Para uso com as concretizações preferidas, 15 conforme descrito e ilustrado no presente documento, um agregado adequado 63 consistem em um agregado de curso de base de rodovia “bem-matizado” com um tamanho de partícula máximo de 5,08 cm e menos de 12% passando do tamanho de peneira n⁹ 200 (0,188 cm). Também é possível usar agregados alternativos, como pedra limpa, com tamanhos de partícula máximos variando até cerca de 7,62 cm, agregados com menos de 5% passando do tamanho de peneira n⁹ 200, concreto reciclado, escória, areia, asfalto reciclado, base tratada com cimento e outros materiais de construção. O tamanho máximo do agregado não deve exceder 25% do diâmetro da cavidade.

Uma primeira vantagem da presente invenção é que a calcadeira blindada resolve o problema encontrado no uso das técnicas de formação de colunas de agregado convencionais de desmoronamento do solo dentro da cavidade formada.

Portanto, a presente invenção é mais eficiente no desenvolvimento de pressão terrena lateral durante a construção do que as cabeças de calçamento descritas na técnica anterior. Outra vantagem é que a calcadeira blindada da presente invenção pode ser usada com camadas de agregado mais grossas do que na técnica anterior. Para a concretização preferida, isso significa que a cabeça de calçamento pode ser usada com camadas de agregado posicionado frouxamente de 0,914 a 1,524 m de espessura. Na prática, isso significa que, agora, colunas com uma capacidade de sustentação igual ou superior podem ser construídas com camadas de agregado maiores.

A partir de agora, descreveremos operações exemplificativas e testes com referência aos exemplos a seguir. EXEMPLO I

A Fig. 6 ilustra as vantagens já descritas resultantes dos testes de carga realizados em colunas construídas usando-se um processo convencional e a presente invenção, conforme discutiremos doravante. Para os testes, usamos uma calcadeira blindada 11 essencialmente como a descrita acima e ilustrada nas Figuras em anexo. Neste primeiro exemplo, a calcadeira blindada 11 tinha 1,524 m de comprimento com um cilindro blindado de 45,72 cm encaixado no topo de uma cabeça de calçamento chanfrada 15. Soldamos a blindagem 17 à cabeça de calçamento 15. Um perímetro chanfrado 21 da superfície foi afunilado para baixo a 45° da extremidade superior da cabeça de calçamento à superfície inferior plana.

Para este teste, perfuramos orifícios com uma profundidade de 3,658 m antes de preenchê-los com menos de 2,54 cm de calcário triturado. No primeiro dia de teste, perfuramos inicialmente um orifício de 45,72 cm, mas percebemos que um orifício de diâmetro um pouco maior do que ίο o cilindro de blindagem seria preferível. Sendo assim, acrescentamos “cortadores” de cada lado de um trado 35, que usamos para aumentar o diâmetro do orifício para 50,8 cm. A penetração da ferramenta de calçamento blindada 11 foi mais eficiente com o orifício maior.

Gastamos o resto do primeiro dia variando o tempo de compactação (normalmente 20, 30 e 45 segundos por camada) e a espessura das camadas (0,914 a 1,524 m). Com camadas de 1,524 m de espessura, obtivemos tipicamente uma compactação de 0,305 a 0,457 m em camadas compactadas de

1,067 a 1,219 m de espessura. Com camadas de 0,914 m de espessura, obtivemos tipicamente uma compactação de 0,229 a 0,305 m em camadas compactadas de 0,61 a 0,686 m de espessura. Com esses tempos de compactação e espessuras de camada, Testes de Estabilização do Fundo (“BSTs”) resultaram em 2,54 a 5,08 cm de deflexão em 10 segundos. Um teste de penetração de núcleo dinâmico (“DCP”) precisou de 30 golpes para obter uma penetração de 1,905 cm, indicando que a superfície superior da camada foi compactada o suficiente.

No segundo dia de teste, instalamos quatro colunas, incluindo um orifício de 50,08 cm de diâmetro com camadas soltas de 1,524 m de espessura, um orifício de 50,08 cm de diâmetro com camadas soltas de 0,914 m de espessura, um orifícios de 60,96 cm de diâmetro com camadas soltas de 0,914 m, e um orifícios de 76,2 cm de diâmetro com camadas soltas de 0,305 m. Compactamos as três primeiras colunas com a ferramenta de calçamento blindada 11 da presente invenção conforme descrita acima (isto é, com 1,524 m e um cilindro de blindagem de 45,72 cm de diâmetro encaixado em uma cabeça de calçamento chanfrada). A quarta coluna foi compactada com uma cabeça de calçamento convencional padrão. Visto que o trado 35 de 50,8 cm de diâmetro teve que substituir um trado de 45,72 cm de diâmetro e que havia um trado padrão de 60,96 cm de diâmetro no local, também construímos e testamos uma coluna perfurada de 69,96 cm de diâmetro usando a cabeça de calçamento da presente invenção. Usamos a coluna convencional padrão de 76,2 cm de diâmetro como referência para as colunas de calcadeira blindada.

Para a coluna de 50,8 cm de diâmetro com camadas soltas de 1,524 m e tempo de calçamento de 45 segundos, medimos uma compactação de 0,335 a 0,427 m por camada. O BST na camada inferior apontou uma deflexão de

4,445 cm. O teste de DCP na camada superior apontou 1,27 cm para cada 25 golpes.

Para a coluna de 50,8 cm de diâmetro com camadas soltas de 0,914 m e tempo de calçamento de 30 segundos, medimos uma compactação de 0,274 a 0,335 m por camada. O BST nas camadas primeira e segunda apontou deflexões de 2,54 cm e 1,27 cm, respectivamente. O teste de DCP na camada superior apontou 0,9525 cm para cada 25 golpes.

Para a coluna de 60,96 cm de diâmetro com ío camadas soltas de 0,914 m e tempo de calçamento de 30 segundos, medimos uma compactação de 0,305 a 0,427 m por camada. O BST nas camadas primeira e segunda apontou deflexões de 3,81 cm e 2,54 cm, respectivamente. O teste de DCP na camada superior apontou 1,905 cm para cada 25 golpes.

Para a coluna de 76,2 cm de diâmetro com camadas soltas de 0,305 m e tempo de calçamento de 20 segundos, medimos consistentemente uma compactação de 0,152 m por camada. O BST nas camadas segunda e terceira apontou deflexões de 0,9525 cm e 0,635 cm, respectivamente. O teste de

DCP na camada superior apontou 1,905 cm para cada 25 golpes.

A Fig. 6 ilustra uma representação gráfica com as curvas modulares para todos os quatro testes. Com uma deflexão de pilar máxima de 1,27 cm, a coluna de referência de 70,2 cm de diâmetro foi submetida a uma tensão de 26.000 psf.

Com esse mesmo critério de deflexão, tensões de pilar máximas de 18.000 psf, 29.000 psf e 29.000 psf foram atingidas nos pilares de calcadeira blindada construídos dentro dos orifícios de 60,96 cm e de cada um dos orifícios de 50,8 cm de diâmetro, respectivamente.

Em suma, o sistema de calcadeira blindada 11 construído dentro de orifícios de 50,8 cm de diâmetro usando camadas de 0,914 e 1,524 m trouxe resultados superiores aos da coluna de referência apesar das camadas de maior espessura. Para o orifício perfurado de 60,96 cm compactado com a calcadeira blindada de 45,72 cm de diâmetro, os resultados do teste de carga apresentaram resultados inferiores em comparação ao pilar de referência. Sendo assim, a razão entre o diâmetro da calcadeira e o diâmetro do orifício é crucial para se chegar a um módulo elevado, conforme comprovado pelo orifício de 60,92 cm de diâmetro compactado com uma calcadeira blindada de 45,72 cm de diâmetro, que teve o menor módulo das quatro combinações testadas. Portanto, é preferível que o diâmetro da calcadeira (e da parte blindada) seja um pouco menor que o diâmetro do orifício perfurado.

EXEMPLO II

Como outro exemplo, usamos o sistema da invenção para instalar colunas no terreno de um hospital Jackson Madison County em Jackon, Tennessee. Neste projeto, testamos três colunas: uma com camadas soltas de 0,457 m de espessura e tempo de calçamento de 15 segundos por camada, outra com camadas soltas de 0,914 m e tempo de calçamento de 20 segundos por camada e outra com camadas soltas de 0,914 m de espessura e tempo de calçamento de 30 segundos por camada. Todas as três colunas foram instaladas com eixos de 3,658 m de comprimento.

As condições do subsolo eram de argila lodosa passando para argila arenosa a uma profundidade de cerca de

2,134 m, sobre areia argilosa a cerca de 3,048 m, sobre areia a cerca de 4,572 m. Os valores SPT N variavam de 3 a 10 na argila lodosa, aumentando com a profundidade; 11 na argila arenosa; 27 na areia argilosa; e 20 para rejeição na areia, mais uma vez aumentando com a profundidade.

Usamos uma cabeça de calçamento blindada de

55,88 cm de diâmetro dentro de um orifício perfurado de 60,96 cm de diâmetro.

Realizamos uma série de testes para medir a deflexão por tempo de calçamento para camadas soltas de 0,427,

0,61 e 0,914 m de espessura. A Fig. 7 ilustra uma representação gráfica com os resultados. Por meio dela, notamos maiores deflexões durante o calçamento de camadas de 0,914 m de espessura do que o de camadas de 0,457 ou 0,61 m de espessura. Os resultados de deflexão do calçamento para as colunas com camadas de 0,457 e 0,61 m seguem essencialmente a mesma trajetória após o primeiro incremento de tempo. Deflexões incrementais, conforme observadas após 10 segundos do calçamento, são essencialmente as mesmas para ambas as colunas.

A Fig. 8 ilustra uma representação gráfica composta dos três testes modulares. Os resultados indicam que a resposta modular da coluna com camadas soltas de 0,457 m é essencialmente a mesma que a da coluna com camadas soltas de 0,914 m para 20 compactada a 20 segundos por camada. Valores modulares um pouco menores foram observados na coluna com camadas soltas de 0,914 m compactada a 30 segundos por camada.

EXEMPLO III

Como um exemplo adicional, usamos o sistema incluindo o dispositivo de calçamento 11 da presente invenção para instalar colunas em um terreno da Tower Tech Systems em Brandon, South Dakota. As colunas de teste foram dispostas a 3,658 e 7,315 m ao sul da coluna de teste padrão construída mais ao sul. O objetivo deste teste em específico foi o de fazer uma comparação direta do dispositivo de calçamento 11 da presente invenção com uma coluna padrão instalada usando-se uma ferramenta convencional, tal como a revelada na patente dos Estados Unidos 5.249.892.

As condições do solo no terreno consistiam de argila mole se estendendo a 4,724 m por baixo da areia. Os valores SPT N na argila dentro da área reforçada variavam de 2 a 4 e o teor de umidade variava de 22% a 36%. O lençol freático se localizava a uma profundidade de cerca de 2,743 m.

Tanto colunas padrão de 76,2 cm de diâmetro quanto colunas de 50,8 cm de diâmetro usando uma cabeça de calçamento blindada de 45,72 cm de diâmetro foram instaladas para o teste no terreno. As colunas de teste convencionais de 76,2 cm de diâmetro foram estendidas a profundidades de 4,877 e

5,334 m, e as colunas de teste de 50,8 cm de diâmetro instaladas com a cabeça de calçamento blindada foram estendidas a uma profundidade de 4,267 m.

Os equipamentos de acordo com a invenção consistiam de 1,524 m de comprimento com uma blindagem cilíndrica de 45,72 cm de diâmetro 17 encaixada em uma cabeça de calçamento chanfrada 15 ligada a um eixo longo 13 e ao martelo hidráulico 31.0 orifício de teste ao norte construído de acordo com a invenção foi tipicamente preenchido com camadas soltas de 0,914 m com tempo de calçamento de 30 segundos por camada, ao passo que o orifício de teste ao sul construído de acordo com a invenção foi tipicamente construído com camadas soltas de 1,524 m com tempo de calçamento de 45 segundos.

Quartizito triturado foi usado para construir as colunas.

As tabelas abaixo incluem a profundidade inicial, a profundidade até o topo da próxima camada solta e a profundidade até o topo da camada compactada, todas em metros. Os números finais incluem a espessura da camada solta e a quantidade de compactação por camada.

Tabela 1: Detalhes de instalação da Coluna de Teste ao Norte da invenção (30 segundos de calcamento/camada)

Fundo da	Topo da	Topo da	Espessura	Compactaç	Espessura
Profundidade Profundida	Camada	da Camada	ão Atingida da Camada
do Orifício (m)	de do Orifício (m)	Compactada (m)	Solta (m)	(m)	Compactada (cm)
4,267	3,353	3,871	0,914	0,518	3,302
3,871	2,957	3,597	0,914	0,64	2,286
3,597	2,682	3,048	0,914	0,366	4,572
3,048	2,134	2,438	0,914	0,305	5,08
2,438	1,524	1,737	0,914	0,213	5,842
1,737	0,823	1,219	0,914	0,396	4,318
1,219	0,305	0,686	0,914	0,381	4,445
	Pela	Tabela 1,	podemos	perceber que houve

uma variabilidade considerável na compactação atingida para cada uma das camadas soltas de 0,914 m. A camada inferior foi construída com a maior rocha do terreno, de cerca de 7,62 cm de diâmetro máximo. Ainda assim, durante a compactação da primeira camada, a placa inferior girou significativamente devido io ao fundo mole, portanto, as leituras do mostrador do teste modular podem não ser significativas. Instalamos uma coluna superior de 45,72 cm de diâmetro. O topo da coluna foi mantido cerca de 0,61 m abaixo da superfície adjacente do solo para deixar espaço para a tampa de concreto.

O BST na segunda camada apontou 5,08 cm de deflexão. O BST na terceira camada apontou 2,54 a 0,3175 cm de deflexão. Não realizamos mais nenhum BST na tentativa de manter um tempo de calçamento de 30 segundos.

Tabela 2: Detalhes de instalação da Coluna de Teste ao Sul da invenção (45 segundos de calcamento/camada)

Fundo da Profundidade do Orifício (m)	Topo da Topo da Profundidad Camada e do Compactada Orifício (m) (m)	Espessura da Camada Solta (m)	Compactaç Espessura da ão Atingida Camada (m) Compactada (cm)
4,267	2,743	3,200	1,524	0,457	8,89
3,200	1,676	2,134	1,524	0,457	8,89
2,134	0,610	0,991	1,524	0,381	9,525
0,991	0,305	0,457	0,686	0,152	4,445
	Pela	Tabela 2,	podemos	perceber	que a

compactação atingida para cada uma das camadas soltas de 1,524 m foi relativamente constante em torno de 0,381 a 0,457 m. A camada inferior foi construída com 0,61 m da maior rocha usada no terreno, cerca de 7,62 cm de diâmetro máximo, e, então, 0,914 m da menor rocha, cerca de 2,54 cm no diâmetro de partícula máximo. O topo da coluna foi mantido cerca de 0,457 m abaixo da superfície adjacente do solo para deixar espaço para a tampa de concreto da coluna. Instalamos uma coluna superior de 45,72 cm de diâmetro.

As colunas da invenção foram comparadas a um elemento de coluna padrão convencional de 76,2 cm de diâmetro instalado com camadas típicas de 30,48 cm de espessura compactadas. A Fig. 9 ilustra os resultados dos testes modulares com base na tensão. A tensão do topo coluna para colunas de acordo com a invenção foi calculada com base em uma tampa de concreto de 45,72 cm de diâmetro.

Os resultados do teste indicam que as colunas instaladas com a calcadeira blindada da presente invenção e camadas soltas tanto de 0,914 quanto de 1,524 m de espessura apresentaram uma espessura um pouco maior com níveis de tensão parecidos com a coluna de 76,2 cm de diâmetro instalada convencionalmente. A níveis de tensão elevados, a coluna instalada com a invenção apresentou uma ruptura na curva parecida com a resposta convencional. Isso sugere que a compactação da coluna foi suficiente para atingir uma resposta dilatente a níveis de tensão inferiores a cerca de 30.000 psf.

A descrição detalhada das concretizações acima se refere aos desenhos em anexo, os quais ilustram concretizações específicas da invenção. Outras concretizações com estruturas e operações diferentes não divergem do âmbito da presente invenção. O termo “a invenção”, ou seus semelhantes, é usado com referência a certos exemplos específicos dos muitos aspectos alternativos ou concretizações da invenção do requerente estabelecidos neste relatório descritivo, e nem o seu uso nem a sua ausência destinam-se a limitar o âmbito da invenção do requerente ou o âmbito das reivindicações. O presente relatório descritivo está dividido em seções apenas visando a conveniência do leitor. Os títulos não devem ser interpretados como limitações ao âmbito da invenção. As definições fazem parte da descrição da invenção. Deve-se entender que vários detalhes da presente invenção podem sofrer modificações sem divergir de seu âmbito. Além disso, a descrição acima serve apenas para fins de ilustração e não para fins de limitação.

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES

1. - Dispositivo de calçamento sendo caracterizado por compreender:

a) um eixo para guiar uma cabeça de

2. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida cabeça de calçamento compreende ainda uma superfície chanfrada que se

20 estende circunferentemente da referida superfície inferior às bordas.

3. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a referida superfície chanfrada se estende para cima a partir da face inferior

25 cega a um ângulo de cerca de 45°.

4. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida blindagem tem uma largura com a qual ela faz contato em sua borda inferior com a cabeça de calçamento em uma superfície

5 20. - Método, de acordo com a reivindicação

5 sobre a cabeça de calçamento e tem uma abertura para permitir a passagem do referido eixo com a referida cabeça de calçamento ligada a ele.

15. - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o referido calçamento é io realizado conduzindo-se a cabeça de calçamento com o referido eixo que se estende para cima a partir dela, a referida blindagem que se estende para cima em uma altura predeterminada suficiente para impedir que as referidas paredes laterais da cavidade alongada caiam ou desmoronem dentro da cavidade durante as

15 operações de calçamento, e a referida blindagem com uma abertura na parte superior que permite que o referido eixo a atravesse para se conectar à referida cabeça de calçamento.

16. - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a referida altura predeterminada

20 da referida blindagem é na faixa de cerca de 0,914 a 1,524 m.

17. - Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a referida largura da cabeça de calçamento é na faixa de cerca de 30,48 a 91,44 cm.

18. - Método, de acordo com a reivindicação

25 17, caracterizado pelo fato de que a referida cabeça de calçamento é substancialmente circular.

19. - Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada de agregado é aproximadamente igual a duas ou três vezes a distância ao longo da cavidade.

5 amplamente uniforme;

b) colocar uma camada de agregado na cavidade; e

c) acalcar a camada com um dispositivo de calçamento com uma cabeça de calçamento ligada a uma io extremidade de um eixo, a referida cabeça de calçamento tendo uma superfície inferior cega e amplamente plana e com uma blindagem que se estende para cima em uma altura predeterminada a partir da cabeça de calçamento por uma quantidade suficiente para impedir que as paredes laterais da

15 cavidade caiam ou desmoronem dentro da cavidade.

11. - Método, de acordo com a reivindicação

10, caracterizado pelo fato de que a referida cabeça de calçamento compreende ainda uma superfície chanfrada que se estende circunferentemente da referida face inferior às bordas.

20

12. - Método, de acordo com a reivindicação

11, caracterizado pelo fato de que a referida superfície chanfrada se estende para cima a partir da face inferior cega a um ângulo de cerca de 45°.

13. - Método, de acordo com a reivindicação

25 10, caracterizado pelo fato de que a referida blindagem tem uma largura com a qual ela faz contato em sua borda inferior com a cabeça de calçamento em uma superfície superior em torno das bordas.

14. - Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a referida blindagem repousa

5. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a referida blindagem repousa sobre a cabeça de calçamento e tem uma abertura para permitir a passagem do referido eixo com a referida ío cabeça de calçamento ligada a ele.

5 superior em torno das bordas.

5 calçamento;

b) uma cabeça de calçamento ligada à extremidade do eixo para calcar uma camada de agregado em uma cavidade formada na superfície do solo, a referida cabeça de calçamento tendo uma superfície inferior cega e amplamente

10 plana; e

c) uma blindagem que se estende para cima em uma altura predeterminada a partir da referida cabeça de calçamento por uma quantidade suficiente para impedir que paredes laterais de uma cavidade em solo macio em que o

15 dispositivo de calçamento for usado caiam ou desmoronem dentro da cavidade.

6. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida altura predeterminada da referida blindagem é na faixa de cerca de 0,914 a 1,524 m.

15

7. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a referida largura da cabeça de calçamento é na faixa de cerca de 30,48 a 91,44 cm.

8. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a referida cabeça

20 de calçamento é substancialmente circular.

9. - Dispositivo de calçamento, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a referida cabeça de calçamento tem uma superfície cega amplamente plana e uma superfície chanfrada que se estende circunferentemente da

25 referida superfície inferior às bordas.

10. - Método para construir colunas de agregado sendo caracterizado por compreender as etapas de:

a) formar uma cavidade alongada na superfície do solo, a referida cavidade tendo uma área transversal

10, caracterizado pelo fato de que o referido calçamento é realizado em uma cavidade formada em solo macio.