BRPI0922967B1 - equipamento de jato de cimentação - Google Patents

Description

(54) Título: EQUIPAMENTO DE JATO DE CIMENTAÇÃO (73) Titular: SOILMEC S.P.A.. Endereço: VIA DISMANO, 5819, 1-47522 CESENA (FORLI-CESENA), ITÁLIA(IT) (72) Inventor: ALESSANDRO DITILLO; MAURIZIO SIEPI.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 20/02/2009, observadas as condições legais

Expedida em: 27/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

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Equipamento de jato de cimentação.

A presente invenção se refere a um equipamento de jato de cimentação.

A técnica chamada de jato de cimentação consiste na 5 consolidação de porções do solo por meio de injeções sob alta pressão de argamassa de cimento através de bicos dispostos na parte inferior de um feixe de hastes tubulares. Os sistemas de jato de cimentação foram desenvolvidos ao longo do tempo, a fim de atender todas as necessidades do campo, e se distinguem pela quantidade de fluidos os quais são usados (apenas argamassa de cimento, argamassa de cimento mais ar, argamassa 10 de cimento mais ar e água), e pelos parâmetros operacionais os quais alteram os diâmetros do solo consolidado a partir de 10 cm a mais de 3m. Os métodos para realizar o tratamento podem ser classificados como: contínuo ou gradual.

No método contínuo, a injeção ocorre principalmente através da combinação do movimento de rotação e translação das hastes; a taxa de rotação das 15 hastes, a taxa de subida, as taxas de fluxo e as pressões dos fluidos de consolidação, são relacionadas com o diâmetro da coluna a ser criada, as resistências necessárias para o solo consolidado e o tipo de jato de cimentação selecionado (do tipo fluido simples, duplo ou triplo).

O método de injeção com remoção gradual se distingue do 20 método contínuo uma vez que a injeção da argamassa de consolidação ocorre através da alternância das etapas de apenas girar a haste sem puxá-la por um período de tempo definido, até as etapas com remoção, realizadas a fim de alocar os bicos na camada superior. Portanto, os resultados do tratamento das colunas são compostos de muitos “arcos” de solo consolidados de forma gradual. As limitações deste sistema se refere a 25 parte dos instrumentos no interior da máquina, a qual é mais complexa, e oferece uma maior variabilidade na manutenção da definição dos parâmetros operacionais de tratamento. Por outro lado, o cabeçote rotativo pode ser movido de uma forma mais rápida em comparação com o método contínuo. No entanto, as limitações do reinicio relacionadas com o golpe do cabeçote, descritas anteriormente, permanecem 30 inalteradas.

A fim de realizar as operações de consolidação, no contexto do uso das técnicas de jato de cimentação, em geral são atingidas profundidades as quais variam entre 15 e 50m. O curso vertical à disposição do cabeçote rotativo (definido como mecanismo rotativo no campo, uma vez que proporciona o torque de perfuração 35 necessário para a haste girar durante a perfuração), geralmente não é suficiente, uma vez que os equipamentos de tamanhos mais comuns normalmente apresentam um mastro com um comprimento o qual varia entre 4 a 7m. Alguns equipamentos de jato de cimentação especiais podem ter cursos de até 15 a 18m, mas isso envolve problemas de

2/11 peso e custos de transporte, eles exigem longos tempos de montagem, espaço e solos bem nivelados. Além disso, a máquina de perfuração, a qual não pode ficar ereta por si só, requer uma grua auxiliar para todas as etapas de manuseio do mastro.

Portanto, a fim de alcançar a profundidade do projeto, é 5 necessário adicionar barras no feixe de perfuração. No entanto, esta é uma prática demorada e dispendiosa, uma vez que a operação de adicionar e remover as hastes envolve o risco do solo entrar no duto e conseqüentemente causar a obstrução do duto em si.

Em alguns casos, para aumentar a profundidade do 10 tratamento, é feito o uso de extensões do mastro as quais permitem alojar um feixe de hastes muito mais longas do que as que o mastro pode alojar no lugar em que o mecanismo rotativo desliza. Neste caso, as hastes estão passando através do interior do mecanismo rotativo, o qual as arrasta através dos meios de travamento.

Neste caso, as operações de perfuração e tratamento são 15 realizadas através de mais “reinícios” da haste a fim de alcançar as profundidades estabelecidas. Quando o cabeçote rotativo atingiu o ponto mais alto do mastro guia, o chamado “reinicio da haste é realizado: o feixe de perfuração é travado e temporariamente é suspenso através de um conjunto da abraçadeira na base do mastro. Então, o cabeçote rotativo realiza um curso de retorno para baixo, em seguida, começa . 20 novamente com uma nova etapa de ascensão e injeção (jato de cimentação).

Em alguns dos principais campos de aplicação desta tecnologia, é necessário criar uma parede de cortina, formada pela combinação de elementos de jato de cimentação parcialmente sobrepostos (paredes diafragma para as escavações da superfície, escudos impermeáveis para as barragens, impermeabilização 25 das juntas entre os painéis enterrados adjacentes pela lama). Nestes casos, a implementação de uma série de colunas de solo consolidado com uma seção horizontal a qual em vez de circular é alongada, em geral na direção do alinhamento da parede de cortina ou lama, a fim de ter um maior nível de certeza de uma junção impermeável da mesma pode ser econômica. Além disso, o formato alongado diminui o número de 30 elementos necessários para completar a parede diafragma e conseqüentemente das juntas necessárias e da parte sobreposta das colunas adjacentes, com economia de tempo e de custos devido à menor quantidade de material de consolidação a ser injetado no orifício.

A EP 1 862 596 A1 descreve um sistema para implementar 35 colunas de solo consolidado com formato alongado composto de um cabeçote rotativo (ou mecanismo rotativo) o qual leva sob rotação um feixe de hastes terminais na extremidade do mesmo com um cabeçote de injeção (ou monitor) dotado de bicos para a ejeção da argamassa de consolidação no solo. Um dispositivo, incluindo as guias

3/11 projetantes fixas na parte rotativa do cabeçote de rotação e de frente para um sensor de proximidade integrante da parte fixa do cabeçote de rotação, permite ativar os diferentes modos de tratamento modulando o ajuste do circuito hidráulico da máquina de perfuração, para aumentar ou diminuir a taxa de rotação em função da posição angular instantânea do cabeçote. A dimensão horizontal do elemento de solo consolidado é em função da energia específica do jato e, conseqüentemente, (mantendo a pressão e a taxa de fluxo constante) do tempo de exposição ao jato. Neste caso, o tempo de exposição é dado pela taxa de rotação com a qual o jato se encontra no corpo do solo a ser consolidado em conjunto com a taxa de subida. Consequentemente, a taxa de rotação é inversamente proporcional à energia específica aplicada no solo. Altos valores de energia específica permitem a implementação de um maior diâmetro de tratamento.

Na EP 1 862 596 A1, a posição angular dos bicos é derivada pela detecção da posição angular rotativa. Este sistema perde em precisão nos locais onde são gerados os movimentos de deslizamento angular entre a haste e o mecanismo rotativo. Tal problema ocorre quando, devido à necessidade de aumentar a profundidade de tratamento, é feito uso de extensões do mastro permitindo o alojamento de um feixe de hastes muito mais longas do que as que o deslizamento do mecanismo rotativo do mastro pode admitir. Neste caso, as hastes estão passando através da parte interna do mecanismo rotativo, e não mais diretamente fixas no mesmo. Portanto, a transferência dos movimentos de perfuração do mecanismo rotativo para as hastes ocorre através da interposição de um terceiro membro, chamado abraçadeira passante ou jato de fixação, o qual recebe a rotação a partir do mecanismo rotativo e a transfere para as hastes através de um sistema de fixação baseado em cunhas a quais transferem por atrito desses componentes rotacionais para a haste (a qual normalmente têm um perfil externo perfeitamente cilíndrico e liso).

Em alguns casos, por exemplo, sob a ação de uma fixação insuficiente da abraçadeira na haste, ou um afrouxamento do aperto da mesma abraçadeira devido aos impactos e vibrações, ou devido a sobrecargas súbitas típicas deste tipo de operações subterrâneas, as quais podem parar instantaneamente a ferramenta, criando uma inércia significativa no sistema de transmissão do movimento, ou ainda devido ao desgaste progressivo dos dentes localizados na superfície em cunha, em contato direto com a haste, em todos estes casos, ocorre um deslizamento entre a haste e as cunhas da abraçadeira, conseqüentemente entre a haste e o mecanismo rotativo. Deve ficar claro que esta desvantagem não envolve prejuízos no caso das colunas cilíndricas, enquanto com os membros alongados, um erro de avaliação da posição do bico, o qual ao invés disso é integrado na haste, dá origem a uma coluna a qual é alongada no sentido horizontal em uma direção indesejada; o que implica em uma compenetração e junção insuficiente dos painéis adjacentes, com conseqüente perda da

4/11 impermeabilidade da estrutura subterrânea. Nesses casos em que tal defeito é notado, pode ser reparado através da realização de operações de perfuração e tratamentos adicionais e nos tratamentos da parede de cortina. Ao invés disso, onde este defeito não foi notado, a integridade estrutural da estrutura a ser implementada podería ser comprometida, com um impacto muito maior sobre os custos.

O objetivo da invenção é realizar as operações de consolidação por jato de cimentação em colunas apresentando uma seção não circular com maior precisão e profundidade em comparação com o que pode ser alcançado até o momento.

Este e outros objetivos e as vantagens são alcançados através de um equipamento apresentando as características definidas nas reivindicações anexadas.

Algumas formas de realização preferidas, mas não limitantes da invenção serão descritas agora. É feita referência aos desenhos em anexo, nos quais:

- A figura 1 é uma vista em elevação de um equipamento para a implementação das operações de consolidação por jato de cimentação;

- A figura 2 é uma vista em perspectiva ampliada de um conjunto compreendendo a abraçadeira passante montada inferiormente ao mecanismo rotativo e os troles guia superior e intermediário;

- As figuras 3A a 3C são vistas a partir de diferentes ângulos em uma escala ampliada da parte superior e o mecanismo rotativo do equipamento na figura 1;

- A figura 4A é uma vista em perspectiva seccional parcial de uma de uma abraçadeira passante formando parte do equipamento da figura 1;

- A figura 5 é uma vista superior com detalhes em diversas vistas, das cunhas da abraçadeira passante usadas para acionar a haste durante os movimentos de perfuração;

- A figura 6 é uma vista superior de um mastro guia com a extensão do mastro o qual é dotado de uma abraçadeira passante com macaco hidráulico, de tipo coaxial com as hastes;

- A figura 7 é uma vista ampliada de uma particularidade da figura 6;

- A figura 8 é uma vista em perspectiva da abraçadeira passante da figura 4 e do mecanismo rotativo associado à mesma;

- A figura 9 é uma vista em perspectiva de um dispositivo para detectar a posição angular de uma haste;

- A figura 10 é uma vista em perspectiva de um anel integrante da haste a qual transporta os setores necessários para a ativação do sensor de rotação;

- A figura 11 é uma vista superior do rotor transportando os anéis com os setores, nos

5/11 quais pode ser observado o ajuste da largura que pode ser conseguido pela rotação relativa dos anéis.

- As figuras 12A a 12E são vistas representando uma seqüência para a montagem dos feixes de perfuração nos quais a manobra de reinicio é aparente;

- As figuras 13, 14 e 15 são vistas em perspectiva dos dispositivos para a detecção indireta da posição angular de uma haste.

Com referência inicialmente à figura 1, um veículo de auto propelido 1 carrega um mastro de perfuração 2 (ou mastro) ereto na posição vertical, ao longo do qual desliza um mecanismo rotativo 3, ilustrado em duas posições, levantado (3) e abaixado (3'). O mecanismo rotativo serve para transmitir a rotação e o movimento de deslizamento (puxa-empurra) para um feixe de hastes 4 superiores realizando uma perfuração e um tratamento de jato de cimentação. O mecanismo rotativo é acionado por um conjunto redutor do motor hidráulico 5 associado. A estrutura geral do equipamento representado na figura 1 deve ser entendida como de conhecimento geral. Conseqüentemente, no prosseguimento da presente descrição, somente serão descritos de forma detalhada os elementos de importância específica e de interesse para os propósitos da implementação da presente invenção. Para a implementação das partes e elementos não ilustrados em detalhes, tal como por exemplo os meios de manipulação do cabeçote rotativo (por exemplo, os sistemas empurra-puxa), a referência pode ser feita para qualquer equipamento de jato de cimentação do tipo conhecido.

Um trole superior, indicado como 6, desliza ao longo do mastro 2, e o qual é capaz de estender o seu movimento também para o comprimento da extensão do mastro 8 (geralmente implementado e aqui representado como um cavalete) alinhado com o mastro base 2. A(s) extensão(ões) do(s) mastro(s) 8 tem a função de estender o guia do feixe de hastes para além do comprimento do mastro base 2. Isto permite iniciar com a perfuração apresentando um feixe de hastes de comprimento total maior do que o do curso do mecanismo rotativo ao longo do mastro base 2, com o objetivo de executar uma operação de perfuração em uma maior profundidade. Se fosse usado apenas o mastro base 2, seria necessário descontinuar o tratamento de jateamento realizado durante a subida, devido à necessidade de remover as hastes adicionadas durante a perfuração para atingir a profundidade necessária. A descontinuação do tratamento apresenta tanto o problema na integridade do tratamento em si como a perda de referência entre a posição angular do bico (localizada profundamente no solo, localizada no monitor) e da haste adicional a qual é adicionada. O trole superior 6 suporta o cabeçote de alimentação 7 o qual introduz por meio das mangueiras 9 os fluidos e o cimento na extremidade superior da haste superior do feixe. O conjunto do trole 6 bem como o cabeçote de alimentação e os outros meios de alimentação e bombeamento dos diversos fluidos são conhecidos na arte, e não

6/11 precisam ser descritos em detalhes aqui.

Às vezes, quando os comprimentos do mastro de base e as extensões do mastro são significativas (por exemplo, acima de 20m), é possível introduzir um trole intermediário 29, representado na figura 2, o qual é disposto entre o trole superior 6 e o mecanismo rotativo 3. O propósito de tal trole é a interrupção do comprimento livre da haste localizada acima do mecanismo rotativo, impedindo assim as perigosas flexões geradas no feixe de hastes pelos movimentos de rotação transmitidos. A fim de orientar a haste 4, o trole intermediário 29 é dotado com um colar 30 o qual permite uma liberdade ao feixe de hastes no movimento de deslizamento axial e rotacional.

A abraçadeira passante é de forma geral indicada como 10 na figura 4, a qual é montada inferiormente ao mandril rotativo do mecanismo rotativo 3 (linha tracejada na figura 3). A função da abraçadeira passante 10 é fazer com que a haste 4 integrante do mandril durante todas as etapas de perfuração e tratamento de jato de cimentação, e para limpar as hastes do mandril quando o reinicio da haste tiver que ser executado, e em todas as etapas de montagem do feixe de hastes, como será mais claramente compreendido abaixo quando a seqüência das figuras 12A a 12E será ilustrada. A abraçadeira passante inclui um colar externo 11, o qual é levantado por meio de um macaco hidráulico 12. O colar forma os pares de orelhas diametralmente opostas 13 para a montagem dos mesmos, de um lado no macaco hidráulico e no lado oposto a um acoplamento deslizante 14 na forma de barras telescópicas para manter o colar 11 horizontal. Este ajuste telescópico torna-se necessário uma vez que a abraçadeira passante é adequada para operar com hastes de diâmetro diferente, para um valor máximo dado pela passagem interna livre, o qual é igual ao diâmetro interno da luva central 15 da abraçadeira. As hastes de diâmetro diferentes requerem diferentes traçados de aperto no macaco, e para manter proporcionais os esforços e otimizadas as operações de fixação nas hastes o comprimento da barra de amarração 14 é ajustado através do acoplamento telescópico da mesma (por exemplo, com parafuso - sistema de porcas as quais são aparafusadas para diminuir o comprimento). O levantamento do colar 11 ao longo da luva central 15 produz a fixação radial de uma série de blocos em forma de cunha 16 (os quais são radialmente empurrados pelas projeções impulsoras em forma de cunha 25) contra a superfície de uma haste do grupo. Estes blocos em forma de cunha 16, ilustrados na figura 5, são geralmente adequados para fixar apenas um diâmetro da haste, uma vez que a superfície da mesma é projetada para envolver da melhor forma a superfície externa da haste, garantindo assim uma ótima fixação entre os dois membros. Portanto, os diferentes diâmetros da haste usada obrigam a substituição das cunhas 16 por aquelas as quais são específicas para o diâmetro em uso para o tratamento. No lado superior, a abraçadeira passante apresenta uma série de formações

7/11 em relevo 17 aptas para se acoplarem com os recessos correspondentes (não ilustrados) formados na lateral do mecanismo rotativo para transmitir o movimento rotacional a partir dele para a abraçadeira. Os componentes da movimentação axial da haste são acionados através do mecanismo rotativo para a abraçadeira passante através da superfície de impulsão 27 (forçando a haste) ou os parafusos de fixação 26 (retirando a haste). A abraçadeira passante, por sua vez, transmite o movimento axial da haste, novamente através dos mesmos blocos em forma de cunha 16 os quais mantém o feixe travado apenas pelo atrito entre as superfícies 16a em contato. Para este objetivo, a superfície 16a dos blocos em forma de cunha, em contato com a superfície cilíndrica geralmente lisa das hastes é dessa forma tratada como um aumento do agarre entre os dois membros: por exemplo, a forma pode apresentar uma endentação (visível na figura 5) ou enxertos pontiagudos promovendo a retenção da haste contra a cunha.

Em uma forma de realização alternativa às ilustradas, os macacos 12 são dois ou mais de dois.

Na figura 6 a abraçadeira passante 10b é reportada, na qual o macaco 12 é único e coaxial na haste. Neste caso, o movimento do macaco (tanto durante a abertura como durante o fechamento, de acordo com o controle transmitido) realiza o deslocamento axial do corpo em forma de cunha 25 o qual transmite o deslocamento radial dos blocos em forma de cunha 16 para a fixação na haste 4.

Na figura 9, é visível um dispositivo para detectar a posição angular da haste associada ao equipamento. Um sensor de proximidade 20 é firmemente fixado no trole superior guia 6 para as hastes; na haste 4 um rotor 21 apresentando setores é travado, o qual na forma de realização preferida é composto de dois pares de setores angulares opostos 2T, 21, onde cada par é suportado por um respectivo anel 22 (superior), 23 (inferior). Na figura 10 é visível o detalhe do anel 22 no qual o corpo tubular apresenta uma cavidade cilíndrica interna adaptada para permitir a passagem da haste 4 e carrega no perímetro da mesma dois setores diametralmente opostos 21', 21, os quais apresentam extensões angulares de largura reduzida e, geralmente, adaptados ao tipo de tratamento a ser realizado. Também são visíveis os orifícios roscados para a inserção dos tarugos radiais 24 necessários para o travamento angular do anel 22 na haste 4. O rotor 21 é parte integrante da haste através dos tarugos radiais 24 os quais travam os anéis 22, 23 em relação à superfície da haste. Este travamento mecânico ou sistemas equivalentes, ou sistemas de travamento removíveis (operações de soldadura, brasagem, colagem) estabelecem uma conexão precisa e segura entre a haste 4 e o rotor 21, identificando univocamente a posição angular da haste em relação ao rotor, portanto, em relação aos setores 2T, 21. Quando a haste 4 gira, o sensor 20 detecta a presença (ou ausência) dos setores do rotor passando em frente a ele e gera (ou inibe) um sinal elétrico indicativo da posição angular instantânea da haste. Este sinal é fornecido a uma

8/11 caixa de engrenagens processadora (não mostrado), a qual controla a taxa de rotação do mecanismo rotativo, diminuindo a velocidade quando os bicos são orientados ao longo do eixo da parede diafragma a ser implementada. Vice-versa, a taxa de rotação é aumentada quando a haste é orientada para as direções nas quais uma coluna de uma menor espessura é suficiente.

Operacionalmente, uma vez que o feixe de hastes foi instalado, agindo sobre os tarugos 24, a posição dos pares de setores 21', 21 é ajustada em relação a posição do(s) bico(s). Conseqüentemente, a direção de saída do jato de injeção em relação a posição dos setores é univocamente identificada. Portanto, a largura angular pode ser ajustada através da sobreposição dos setores do anel 23 (por exemplo, 21') aos do anel 22 (por exemplo, 2Γ). Como representado na figura 11, em uma forma de realização preferida mas não limitativa, o setor de largura mínima o qual é igual a 45° é obtido pela sobreposição completa dos setores 2Γ. Por outro lado, a extensão de largura máxima, igual a 90°, é obtida como representado na figura, mantendo os setores adjacentes. Qualquer posição de sobreposição intermediária pode ser usada. A largura determina a duração do período no qual o jato apresenta uma taxa diferente daquela na qual o rotor não apresenta os setores.

Testes experimentais realizados pelos inventores mostraram que o posicionamento teórico dos setores tem que ser compensado, a fim de levar em conta os atrasos nas operações de atuação da máquina (geralmente hidráulica). Ou seja, em relação às taxas de tratamento (sobretudo para o máximo, o qual tem que ser retardado para o valor mínimo) e para a inércia temporal do sistema de acionamento é necessário um avanço do sinal elétrico, com consequente deslocamento do primeiro setor, o qual tem que ser girado em vários graus na direção oposta ao sentido de rotação das hastes (avanço do sinal). Também é necessário um avanço (em geral, não igual ao anterior), a fim de interromper o jato na taxa mínima, uma vez que a taxa necessária tenha sido atingida.

Outros meios de detecção poderíam ser usados em substituição ao descrito acima, com o objetivo de converter a posição angular das hastes em sinais elétricos. Em formas de realização adicionais, a taxa rotacional da haste é feita para alterar de forma progressiva ou contínua, em vez de uma maneira discreta. Por exemplo, em uma outra forma de realização (ilustrada na figura 13), o dispositivo de detecção inclui um mecanismo de fricção, tal como, por exemplo, um rolete de borracha 35, o qual é pressionado contra a haste, a fim de se submetido a uma rotação oposta à do feixe de hastes. Neste caso, é fornecido um segundo emissor de sinal 31, o qual é fixado na parte não rotativa (por exemplo, no trole superior 6) e o qual é disposto na proximidade de um anel preso na haste, dotado com um ou mais membros de alívio ou dentes 32'. Na passagem de cada um dos tais membros de alívio, o sensor é excitado, o

9/11 qual emite um sinal que é usado para corrigir a referência angular, eliminando assim os possíveis erros de deslizamento acumulados pelo primeiro emissor 20. O sistema descrito neste documento oferece a vantagem de instalar um emissor de um tipo contínuo 20, uma vez que não é mais excitado por impulso devida a presença ou ausência das projeções. Portanto, neste caso, é possível adotar técnicas de modulação de sinal as quais não só podem alterar a taxa entre dois valores limite, mas a qual pode gerenciar todos os transientes como uma função do tempo.

Em outras formas de realização preferidas, ilustradas nas figuras 14 e 15, o dispositivo de detecção da posição angular da haste inclui um mecanismo de engrenagem 34 (figura 14), ou compreende meios de transmissão flexíveis, tal como uma cadeia 33 (figura 15), a qual recebe o movimento de um membro rotativo integrado na haste ou, de qualquer forma, sincronizado com ela. Neste caso, também é possível instalar diferentes tipos de codificadores 20, tal como aqueles baseados na característica de um potenciômetro para emitir um sinal elétrico proporcional à posição tomada pelo seu rotor. A modulação do movimento angular da haste permite a obtenção de colunas de solo consolidada apresentando seções horizontais mais ou menos comprimidas e alongadas, de praticamente qualquer forma composta de setores circulares de raios diferentes. Em uma forma de realização diferente adicional, não ilustrada, um sinal indicativo da posição angular instantânea de um dos bicos monitores é transmitido por um emissor restrito ao monitor para um receptor instalado no trole. O sinal captado é transmitido para os meios de processamento e controle os quais ajustam a taxa rotacional do feixe de hastes.

Nas figuras 12A a 12E é ilustrada uma seqüência de carregamento das hastes. Na figura 12A, o cabeçote rotativo 3 é baixado para a base da antena 2, na posição 3' e, posteriormente, o cabeçote de alimentação 7 é aparafusado na parte superior de uma primeira haste 4a, alocada através de um equipamento auxiliar, tal como um guindaste ou elevador, não ilustrado, e está seguro ao trole superior 6. A abraçadeira passante 10 é fechada, ou seja, o macaco hidráulico é acionado para que as cunhas de fixação da haste tornem-se integrais à abraçadeira. A segunda abraçadeira 18, montada na base do mastro é aberta para liberar a haste axialmente; o mecanismo rotativo é levantado e a haste 4a é levantada com o mesmo. A segunda haste 4b é disposta e travada na abraçadeira superior do mastro (figura 12B); então, o mecanismo rotativo é abaixado para aparafusar a segunda haste 4b na haste 4a previamente montada no mecanismo rotativo. Estas operações de aparafusar são executadas por meio de um dispositivo de aparafusar/desparafusar 19 montado logo acima da abraçadeira 18. Uma vez que as hastes 4a e 4b foram aparafusadas uma à outra, a abraçadeira do mastro é aberta novamente, e o cabeçote rotativo é levantado novamente em conjunto com as hastes 4a e 4b. Esta seqüência de operações é repetida até que o

10/11 mecanismo rotativo atinja o ponto morto inferior dele ao longo do mastro (figura 12C). Neste momento, uma etapa de reinicio das hastes pode ser executada. As hastes são presas na abraçadeira do mastro. A abraçadeira passante é aberta e o mecanismo rotativo é abaixado na extremidade mais baixa do mesmo 3' na base do mastro 2 (figura 12D). Então a abraçadeira passante pode ser fechada novamente na última haste montada, a abraçadeira do mastro 18 pode ser destravada, o mecanismo rotativo com todas as hastes já aparafusadas pode ser levantado novamente, e então uma nova haste 4e pode ser disposta na abraçadeira do mastro, continuando até quando o trole superior 6 chegar na proximidade da parte superior das extensões do mastro 8.

A partir da seqüência descrita acima, deve ser aparente como as funções da abraçadeira passante devem permitir tanto o travamento como o deslizamento livre da haste. Portanto, o sistema de travamento mais simples e mais comum é implementado por meio de sistemas de atrito os quais conectam a abraçadeira passante na superfície cilíndrica externa lisa da haste. Este acoplamento é submetido aos movimentos de rotações relativas e deslizamentos relativos devido à ação direta das cargas operacionais, devido ao sistema de acionamento não ser sempre eficiente, e o estado de desgaste das peças as quais estão em contato direto.

Estes movimentos de deslizamento angular entre as cunhas e a haste sendo uma ocorrência normal, deve ser evidente que se perde a referência angular da haste, assim como do bico integral, e a detecção da posição angular torna-se imprecisa, caso a leitura seja tomada em um membro integrante do mecanismo rotativo. Isso causa uma maior rotação no eixo de tratamento, gerando essa forma reduções na sobreposição entre os elementos do solo tratado, as quais devem ser mutuamente secantes, mas que, conforme o erro aumenta, pode ser liberado a partir de uma à outra adjacente.

A presente invenção permite a implementação de colunas profundas de formato não circular, enquanto controla a rotação da haste, desse modo a posição do bico(s). A abraçadeira passante permite o aumento da profundidade do tratamento, mantendo a capacidade de dirigir o jato de consolidação para a direção desejada. Em termos econômicos, este sistema permite economia de tempo; na verdade, a rotação angular não é mantida a uma taxa angular constante para uma volta completa, mas é acelerada em ao menos dois setores a rotação, largura a qual depende do resultado desejado. Além disso, são obtidas economias de material de consolidação, uma vez que o volume injetado é muito menor em relação à coluna cilíndrica correspondente, e tais efeitos vantajosos aumentam de forma proporcional com a profundidade da coluna a qual é possível aumentar através da utilização da abraçadeira passante.

Do ponto de vista da implementação, os campos tecnológicos são conhecidos, nos quais é necessário que a perfuração e o tratamento de

11/11 jato de cimentação relacionados sejam realizados em uma direção de escavação a qual se aproxima da horizontal. Neste caso, as máquinas de perfuração as quais são utilizadas podem ser tanto as do tipo ilustrada nas figuras, mas operando com um mastro 2 rotacionado em relação à vertical, ou as máquinas dedicadas para uma aplicação em 5 túneis, em geral conhecidas como posicionadoras, as quais têm mastros dedicados e móveis em uma direção a qual é paralela ao eixo do túnel.

Também neste contexto, pode ser necessário realizar os tratamentos de colunas através do uso das extensões e das abraçadeiras passantes, com o objetivo de implementar as operações de perfuração profunda. A invenção acima 10 descrita também pode ser aplicada a estes tipos de trabalhos, sem ser necessária qualquer modificação ao que foi descrito.

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Claims (13)

1. Reivindicações

   1. Equipamento de jato de cimentação, para a formação de colunas de solo consolidado apresentando uma secção não circular compreendendo:

   - um mastro (2, 8),

   5 - um mecanismo rotativo (3), transladável ao longo de um eixo paralelo ao mastro e controlável sobre a rotação em torno do dito eixo,

   - um feixe de hastes ocas (4) temporariamente destravado a partir do mecanismo rotativo (3),

   - meios de alimentação para injetar um cimento fluido de consolidação no solo através

   10 do feixe de hastes ocas, e

   - meios para variar a velocidade de rotação do mecanismo rotativo em ao menos uma faixa angular predeterminada em torno do dito eixo;

   caracterizado pelo fato de incluir ainda:

   - um rotor (21) diretamente fixado a uma das hastes do feixe de hastes, e de forma

   15 operacional acoplado a ao menos um dispositivo gerador de sinal (20), montado em uma parte não rotativa (6) do equipamento, adaptado para gerar sinais de controle para variar a velocidade de rotação do mecanismo rotativo como uma resposta da posição angular do rotor, e

   - uma abraçadeira passante (10), montada no mandril rotativo do mecanismo rotativo, . 20 dotada de meios de travamento os quais podem ser ativados, a fim de fixar uma haste e torná-la parte integrante do mecanismo rotativo, e a qual pode ser desativada para liberar a haste, de tal forma a permitir que o mecanismo rotativo se mova em relação à haste.
2. 2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, 25 caracterizado pelo fato de que a abraçadeira passante inclui:

   - um corpo (15) com uma cavidade cilíndrica a qual define uma passagem para as hastes (4),

   - uma pluralidade de blocos (16) distribuídos de forma angular em torno da cavidade e móveis para as posições radialmente mais internas, de tal forma a, ao menos

   30 parcialmente se projetar na dita cavidade para engatar e fixar uma superfície externa da haste,

   - ao menos um corpo (25) apresentando uma superfície inclinada ou cônica ou afilada em relação ao dito eixo e atuando sobre os blocos (16); e

   - ao menos um atuador (12) para mover o corpo ou os corpos (25), de tal forma a

   35 deslocar os blocos (16) para as ditas posições radialmente mais internas.
3. 3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a abraçadeira passante apresenta superfícies com relevos (17) adaptadas para acoplarem nas as superfícies de interface correspondentes

   2/2 do mandril rotativo, para transmitir o movimento rotacional deste para a abraçadeira.
4. 4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1 ou 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a abraçadeira passante apresenta uma superfície (27) localizada na interface com o mandril rotativo e orientada transversalmente ao dito eixo para transmitir as tensões do impulso axial para o mandril.
5. 5. Equipamento, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a abraçadeira é conectada ao mandril rotativo através dos meios de conexão axiais (26) para transmitir as tensões de tração axiais para o mandril.
6. 6. Equipamento, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o rotor inclui ao menos dois setores angulares, a posição angular mútua da qual sendo ajustável.
7. 7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o rotor (21) compreende dois anéis (22, 23) os quais podem ser fixados em uma haste, e pelo fato de cada anel apresenta um respectivo par de setores angulares diametralmente opostos (2T, 21).
8. 8. Equipamento, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que ao menos um dos dois anéis (22, 23) pode ser fixado na haste através dos meios de fixação removíveis (24).
9. 9. Equipamento, de acordo com uma qualquer dentre as reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a haste (4) transfere o seu movimento de rotação a ao menos um rotor acionador (35, 35', 35) apresentando um eixo substancialmente paralelo ao das hastes, e de forma operacional associado a ao menos um dispositivo gerador de sinal (20).
10. 10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a haste (4) e o rotor acionador (35, 35', 35) são acoplados diretamente, por exemplo, através de rodas dentadas.
11. 11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a haste (4) e o rotor acionador (35, 35', 35) são acoplados indiretamente, por exemplo, através de uma correia dentada.
12. 12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que existe ao menos um segundo dispositivo gerador de sinal (31) emitindo ao menos um sinal a cada turno da haste, com o qual os possíveis erros acumulados pelo primeiro dispositivo gerador de sinal (20) são zerados.
13. 13. Equipamento, de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os sinais são enviados para uma unidade de controle para registrar, exibir e processar os sinais tratados.

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