ES2218780T3 - Sistema de tubos para mediciones electricas. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA DE TUBOS PARA MEDIDAS ELECTRICAS QUE COMPRENDE UNA SERIE DE TUBOS (14) REALIZADOS EN MATERIAL AISLANTE CONECTADOS UNOS A OTROS; CADA TUBO PRESENTA UNA CARA INTERNA Y UNA CARA EXTERNA Y LOS TUBOS ESTAN DESTINADOS A SU INTRODUCCION EN UNA PERFORACION (10) EXCAVADA EN EL SUELO, EN PARTICULAR PARA REALIZAR EN ELLA UNA INYECCION DE LECHADA. SEGUN LA INVENCION, AL MENOS ALGUNOS DE DICHOS TUBOS PRESENTAN EN SU CARA EXTERNA UNA ZONA ANULAR CONDUCTORA (16) ADECUADA PARA CONSTITUIR UN ELECTRODO, ESTANDO AISLADAS DICHAS ZONAS CONDUCTORAS UNAS DE OTRAS, APARATOS ELECTRICOS (22) DISPUESTOS EN LA SUPERFICIE DEL SUELO EN EL QUE SE REALIZA LA PERFORACION, Y ELEMENTOS DE CONEXION ELECTRICA (18, 20) PARA CONECTAR INDIVIDUALMENTE AL MENOS ALGUNAS DE DICHAS ZONAS ANULARES CONDUCTORAS A LOS CITADOS APARATOS ELECTRICOS.

Description

Sistema de tubos para mediciones eléctricas.

La presente invención tiene por objeto un sistema de tubos, notablemente de inyección para llevar a cabo mediciones eléctricas.

De modo más preciso, la invención se refiere a un sistema constituido por un conjunto de tubos cuya función es la de ser introducidos en una perforación llevada a cabo en el suelo, notablemente, pero no exclusivamente para llevar a cabo a través de estos tubos, unas inyecciones, notablemente, de hormigón o con mayor frecuencia de lechada con el fin de consolidar el suelo alrededor de la perforación llevada a cabo.

Para poner en práctica esta técnica, con mayor frecuencia se usan unos tubos llamados con manguito que consisten en un conjunto de tubos conectados sucesivamente unos a otros e introducidos en la perforación y por los cuales se inyecta sucesivamente a unos niveles diferentes la lechada de tal forma que penetra en unas condiciones controladas en el suelo para consolidarlo. Los tubos utilizados para esta operación, que se llaman habitualmente tubos con manguito, se llevan a cabo en material aislante, tal como PVC y constan de unos orificios de inyección que se obturan temporalmente por unos manguitos en material elástico que se desplazan bajo el efecto de la presión de la lechada inyectada, lo que permite así el paso de ésta fuera de los tubos y su penetración en el suelo a consolidar.

De hecho, se sabe que cuando se debe llevar a cabo la consolidación del suelo por inyección de hormigón o de lechada o cuando se propone hacerlo, es importante poder determinar de modo preciso las eventuales inhomogeneidades del suelo con el fin de localizar más particularmente las zonas en las cuales hay que proceder a esta inyección. Se sabe igualmente que cuando se ha llevado a cabo una inyección en el suelo, es importante poder controlar si esta inyección ha producido bien los resultados de estabilización deseados por relleno de las fisuras o de las zonas porosas.

Para llevar a cabo estas pruebas, se conoce en particular una técnica de mediciones eléctricas notablemente descrita en la demanda de patente europea n° 581 686 depositada en nombre de la demandante. De acuerdo con esta técnica, se instala en una perforación una sonda que consta de una sucesión de electrodos regularmente espaciados que sirven a la vez de electrodos de inyección de corriente en el suelo y de electrodos de medición de diferencias de potencial resultante de esta inyección de corriente. Así se puede llevar a cabo unas mediciones de resistividad del suelo correspondientes a unos niveles diferentes de la perforación y a unas distancias diferentes en relación con el eje de la perforación.

Sin embargo, para poder poner en práctica esta técnica por mediciones eléctricas, es necesario por supuesto que exista una continuidad de materiales conductores entre los electrodos propiamente dichos y el suelo que se desea analizar. Pero, en el caso de los tubos standard de inyección, éstos son aislantes eléctricos y por tanto es imposible utilizar los dispositivos conocidos para la puesta en práctica de estas mediciones eléctricas.

El mismo problema se presenta cuando se pone en su lugar un sistema de tubos de protección en las perforaciones de exploración llevadas a cabo por ejemplo en el frente de picado de un excavador.

Se comprende que sería particularmente interesante poder poner en práctica esta técnica por medición eléctrica después de la puesta en su lugar de unos tubos notablemente de inyección y en particular de poder utilizar esta técnica después que se haya llevado a cabo la inyección con el fin de comprobar que los resultados de la inyección sean satisfactorios en toda la zona que rodea la perforación de inyección con el fin de poder remediar eventualmente defectos sin que sea necesario previamente proceder a la retirada de los tubos de inyección.

Por tanto es un objeto de la invención proveer un sistema de tubos del tipo definido anteriormente que permita sin embargo llevar a cabo las mediciones eléctricas enunciadas, con el fin de permitir una exploración de las características del suelo que rodea a la perforación en la cual los tubos de inyección se hayan puestos en su lugar.

Para alcanzar este objetivo, la invención prevé un sistema para la inyección de un material fluido de inyección y hacer unas mediciones eléctricas conforme a la reivindicación 1.

Se comprende que de esta forma, gracias a la invención, los tubos, notablemente de inyección pueden cumplir su función y están notablemente constituidos por unos tubos con manguito, pero que, por el hecho de la presencia de unos electrodos anulares en la cara externa de estos tubos, es posible utilizar estos electrodos como electrodos de emisión o electrodos de medición por ejemplo durante la determinación eléctrica de las características del suelo que rodea a la perforación en la cual se han montado los tubos. De hecho, existe una continuidad eléctrica entre la cara externa de los tubos y el suelo que rodea la perforación, notablemente por medio del material que se ha inyectado.

De acuerdo con un modo preferido de puesta en práctica, cada tubo consta en cada extremidad de unos primeros medios de bloqueo y cada electrodo está constituido por un manguito conductor que presenta una primera y una segunda extremidad, así como una cara externa y una cara interna, la mencionada cara externa de los manguitos forman las mencionadas zonas conductores anulares, las primeras y segundas extremidades de los manguitos conductores están provistas de unos segundos medios de bloqueo aptos para cooperar con los primeros medios de bloqueo.

De acuerdo con este modo preferido de puesta en práctica, se comprende que el conjunto de los diferentes tubos, notablemente de los tubos con manguito, se pueden llevar a cabo fácilmente con la ayuda de estos manguitos que constituyen un electrodo cuya cara está girada hacia la cara externa de los tubos y por tanto en relación eléctrica con el suelo que rodea a la perforación y cuya cara interna desemboca en el interior del conjunto de tubos, que hacen así fácil la unión eléctrica entre el electrodo y los aparatos eléctricos dispuestos sobre la superficie del suelo.

De acuerdo con aún unos modos de realización preferidos, se puede prever que ciertos electrodos tengan unas formas o disposiciones particulares para autorizar unas mediciones eléctricas igualmente de tipo particular. Más particularmente, se puede prever que el electrodo más profundo presente unos medios para evitar su polarización de tal forma que se pueda poner en práctica una técnica de medición eléctrica por el método de polarización espontánea cuya utilidad se explicará posteriormente para controlar la calidad de los "fondos inyectados". Es igualmente posible prever que ciertos de los electrodos, llamados electrodos adicionales no tengan una forma anular, sino simplemente una forma de sector en círculo, de tal forma que, cuando estos electrodos son alimentados con corriente, las líneas de potencial creadas por estos electrodos no presentan una simetría de revolución alrededor del eje de los tubos y por tanto alrededor del eje de la perforación, con el fin de localizar en el acimut las eventuales singularidades del suelo.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán más claramente con la lectura de la descripción que sigue de varios modos de realización de la invención dados a título de ejemplos no limitativos. La descripción se refiere a las figuras adjuntas en las cuales:

- La figura 1 es una vista de conjunto que muestra un sistema de tubos de acuerdo con la invención puestos en su lugar en una perforación;

- La figura 2 muestra un tubo de inyección con manguito adaptado para la puesta en práctica de la invención;

- La figura 3 muestra en corte axial un modo preferido de realización de los manguitos que forman electrodo;

- La figura 4 muestra un modo preferido de realización de las conexiones eléctricas entre los electrodos de los tubos y los aparatos eléctricos en la superficie;

- La figura 5 muestra una variante de realización de los electrodos y de las uniones eléctricas de estos electrodos hacia los aparatos en superficie;

- La figura 6a muestra en corte vertical un modo de realización de un manguito correspondiente a un electrodo de sector; y

- La figura 6b es una vista de la figura 6a en corte según la línea BE.

Refiriéndose en primer lugar a la figura 1, se va a describir el conjunto del sistema de tubos puestos en su lugar para permitir la realización de mediciones eléctricas en una perforación, en el caso en que estos tubos son unos tubos de inyección.

En esta figura, se ha representado una perforación (10) que está, en este caso en particular, vertical, llevada a cabo en el suelo (12) de la que se ha figurado por (11) la superficie. En el interior de la perforación (10), se ha puesto en su lugar una sucesión de tubos de inyección que llevan la referencia general (14), estos diferentes tubos de inyección están unidos unos con otros para formar una conducción continua entre la extremidad superior de la perforación y su fondo (13). Como muestra esquemáticamente la figura, los diferentes tubos de inyección (14) constan de unos electrodos conductores (16) repartidos de modo regular y que se han llevado a cabo de tal forma que presentan una cara externa en la continuidad de la cara externa de los tubos (14). En esta figura se han representado igualmente de modo esquemático unas conexiones eléctricas (18) que permiten unir cada uno de los electrodos (16) con uno o varios cables eléctricos externos (20) que sirven para unir cada conexión eléctrica (18) con un conjunto de aparatos eléctricos que llevan la referencia general (22). Estos aparatos eléctricos constan esencialmente de una fuente de alimentación eléctrica (24) y un aparato de medición de diferencia de potencial (26). Para unir de modo individual y selectivamente cada conductor (18) y por tanto cada electrodo (16), o bien al aparato de medición (26), o bien a la fuente de alimentación eléctrica (24), o aún no unir un electrodo a ningún aparato, el cable (20) está unido a la entrada de dos conmutadores o multiplexores (28) y (30), que permiten de esta forma unir uno o varios electrodos (16) bien a la fuente de alimentación eléctrica (24), en cuyo caso los electrodos se comportan como electrodos de emisión, o bien unir uno o varios electrodos al dispositivo de medición de diferencia de potencial (26), en cuyo caso el o los electrodos se comportan como electrodos de medición. El aparato de medición (26) está de preferencia asociado a un registrador (32) que permite registrar las mediciones y su explotación. De preferencia igualmente, un sistema por ejemplo informático de mando (34) permite mandar con la ayuda de un programa de diferentes posiciones de conmutadores o multiplexores (28) y (30) en función del tipo de medición eléctrica del suelo que se desee poner en práctica.

Como es bien conocido, en el caso en que se desee llevar a cabo unas mediciones de resistividad del suelo en diferentes profundidades, de preferencia la fuente de alimentación eléctrica (24) está igualmente unida a un electrodo montado en el suelo (36) que, asociado a los electrodos (16) activados como electrodos de emisión, permite crear las líneas de potencial en el suelo. De la misma forma, de preferencia, un segundo electrodo de masa (38) está igualmente montado en el suelo y unido al aparato de medición (26) de tal forma que las mediciones de potencial son llevadas a cabo por una parte por uno de los electrodos (16) y por otra parte por el electrodo (38).

Refiriéndose ahora a las figuras 2 y 3, se va a describir un modo preferido de realización del sistema de tubos que constan de los electrodos. Los tubos de inyección, llevados a cabo en un material eléctricamente aislante, son de preferencia unos tubos con manguito (40), para los cuales se ha representado esquemáticamente el manguito deformable (42) en su parte mediana. De acuerdo con la invención, las extremidades (40a) y (40b) del tubo (40) están provistas en su cara externa de fileteados (44) y (46). Como se muestra en la figura 3, los electrodos (16) de preferencia se han llevado a cabo con la ayuda de manguitos conductores (48) por ejemplo llevados a cabo en aluminio. Estos manguitos conductores constan en sus extremidades (48a) y (48b) de unos fileteados (50) y (52) llevados a cabo en su cara interna. De preferencia, el diámetro externo (D) del manguito (48) es igual al diámetro externo (D') del tubo (40) y el diámetro interno (D1) del manguito es igual al diámetro interno (D'1) del tubo. Como muestra la figura 3, los dos fileteados (50) y (52) dejan una zona central interna (54) desprovista de fileteado. Esta zona (54) tiene de preferencia una longitud(e), mientras que el manguito mismo (48) tiene una longitud (e').

Al atornillar los manguitos (48) sobre las extremidades sucesivas de los tubos (40), se obtienen unos tubos con manguito, con un electrodo constituido por los manguitos (48) intercalados entre dos tubos sucesivos. Se comprende que cada manguito que forma electrodo presenta una superficie externa girada hacia el suelo de una longitud (e') y una cara interna constituida por el saliente (54) de una longitud (e) relativamente reducida. A cambio, se comprende que los manguitos (48) no introducen ninguna singularidad de diámetro en relación con los tubos de inyección con manguito (40). De esta forma se obtiene un conjunto de tubos (40) entre los cuales están interpuestos a una distancia regular unos electrodos (48). Esta distancia por ejemplo es igual a 33 cm.

Refiriéndose ahora a la figura 4, se va a exponer un modo preferencial de realización de la conexión eléctrica entre los manguitos conductores que forman el electrodo (48) y el cable eléctrico (20). De preferencia, los medios de conexión eléctrica (60) están constituidos por una sonda en la cual están dispuestos los conductores (62) destinados a unir cada electrodo al cable (20), este elemento presenta un aislamiento eléctrico externo (64) y una flexibilidad suficiente para poder ser introducido en el interior del conducto constituido por los tubos (40). Unos contactos eléctricos externos tales como (66) sobresalen fuera del aislante (64) del conjunto de conexión (60) con un paso (d) que corresponde con la distancia entre dos manguitos conductores (48) consecutivos. Cada contacto eléctrico (66) está unido a un conductor (62). De preferencia, estos contactos eléctricos (66) presentan una cierta elasticidad para asegurar un buen contacto eléctrico entre el conductor (62) y la cara interna (54) de cada manguito conductor.

De acuerdo con un primer modo de realización, los medios de conexión eléctrica (60) van en toda la longitud del sistema del tubo (40). La cantidad de contactos eléctricos externos (66) es igual a la cantidad de manguitos conductores (48) o a un sub-múltiplo de la cantidad de manguitos conductores.

De acuerdo con un segundo modo de realización, los medios de conexión eléctrica (60) solo van en una parte de la longitud del sistema de tubos (40). En este caso, para llevar a cabo el conjunto de las medidas eléctricas correspondientes a los diferentes niveles y a las distancias diferentes en relación con el eje de la perforación, será necesario desplazar los medios de conexión (60) en el interior de los tubos (40).

De acuerdo con el modo de realización descrito anteriormente, los electrodos de emisión o de medición se han llevado a cabo por los manguitos conductores interpuestos entre dos tubos de inyección consecutivos. En la figura 5, se ha representado de modo esquemático otro modo de realización de los electrodos anular. En cada tubo de inyección, que puede ser un tubo con manguito (70), se lleva a cabo una metalización externa anular (72) que constituye un electrodo. En la cara externa del tubo (70), se llevan a cabo por ejemplo en forma de circuitos impresos, unos conductores eléctricos (74) que se extienden de acuerdo con la dirección del eje del tubo, cada conductor eléctrico (74) está unido a un electrodo (72) llevado a cabo en un tubo (70). Al nivel del encaje (76) entre dos tubos consecutivos, por supuesto es necesario prever un sistema de interconexión eléctrica (78) entre los elementos conductores (74) de dos tubos consecutivos, con el fin de asegurar la continuidad eléctrica entre los diferentes electrodos (72) y el cable eléctrico externo (20). Se comprende que se podrían usar diferentes modos de realización de los electrodos (72) con la condición de prever que los electrodos se lleven a cabo completamente en la cara externa así como los conductores eléctricos, con el fin de evitar los problemas de atravesar los tubos de inyección fabricados en material aislante. Se comprende que en la solución preferida, que consiste en llevar a cabo los electrodos con la ayuda de manguitos conductores, este paso a través del espesor de los tubos de inyección se lleva a cabo por los manguitos conductores mis-
mos.

En la descripción precedente, los electrodos obtenidos están adaptados al caso en que las medidas eléctricas consistan en la determinación de la resistividad del suelo que rodea a la perforación con la ayuda de electrodos de emisión y de electrodos de medición. Sin embargo, se sabe que se pueden llevar a cabo otros tipos de mediciones eléctricas en una perforación como ésta de inyección de hormigón o de lechada. Es particularmente el caso de la medición de la polarización espontánea en el suelo durante la realización del confinamiento de una zona de terreno con la ayuda de tramos de hormigón y de un fondo inyectado. Para verificar la estanqueidad de este confinamiento, se sabe que se lleva a cabo un bombeo intensivo de las aguas residuales. Durante este bombeo, existe una modificación de la polarización eléctrica del entorno bajo el efecto de la circulación del agua. Esta modificación puede medirse de modo ventajoso por unos electrodos repartidos de modo regular en la proximidad del fondo de la estructura en toda la superficie de este fondo. Se comprende que, en este caso, el electrodo de medición está necesariamente en contacto con el suelo. Además, como se trata de una polarización espontánea, los niveles de tensión a medir son muy débiles. Para llevar a cabo este electrodo, por tanto es interesante usar por ejemplo un manguito del mismo tipo que el manguito (48) descrito en la figura 3 pero cuya cara externa esté revestida con un sistema de antipolarización. Este sistema está por ejemplo constituido por una pared porosa que asegura el confinamiento de un material electrolítico tal como sulfato de cobre. Se evita de esta forma la polarización por oxidación de este electrodo constituido por el man-
guito.

Se sabe igualmente que las mediciones por resistividad de las singularidades en el suelo con la ayuda de la técnica de electrodos de emisión y de electrodos de medición, permiten detectar la cota de una singularidad, pero no su orientación en el acimut en relación con el eje de sondeo. Para resolver este problema, es posible prever que ciertos manguitos conductores, o más generalmente unos electrodos conductores llevados por los tubos, no sean anulares, sino que presentan, en cuanto a su cara activa, una forma de sectores angulares. Es lo que se ha representado en las figuras 6a y 6b. En este caso, por ejemplo, el manguito de referencia (90), idéntico al manguito (48), está rodeado por una capa aislante eléctrica (92) que solo deja aparecer un sector angular (a) del electrodo constituido por el manguito (90). Para tener un carácter claramente direccional, el sector angular (a) es igual a 2\pi/n con n > 2. Por ejemplo n es igual a 6. Se obtiene de esta forma un electrodo capaz de emitir un campo eléctrico direccional de acuerdo con una dirección angular privilegiada en relación con el eje de la perforación. Gracias a este tipo de electrodo, es entonces posible, después de haber determinado la cota de una singularidad en el suelo, utilizar varios electrodos del tipo representado en las figuras 6 que presentan unos sectores de orientación diferentes. La comparación de las medidas llevadas a cabo de esta forma y que corresponden a una misma cota permite determinar el acimut de la singularidad.

En la descripción precedente, se ha considerado el caso de tubos de inyección de hormigón o de lechada, sin embargo está claro que no se apartaría de la invención si los tubos aislantes colocados en la perforación, que puede ser horizontal o vertical, tuvieran otra función que la inyección, por ejemplo una función de protección de la perforación contra las infiltraciones de agua.

Claims (7)

1. Sistema para inyectar un material fluido de inyección y hacer unas medidas eléctricas en una perforación que consta de una pluralidad de tubos que constan de unos medios de conexión unos con otros, cada tubo presenta una cara interna y una cara externa, los tubos indicados están destinados a ser introducidos en una perforación llevada a cabo en el suelo, caracterizado por el hecho de que cada tubo se ha llevado a cabo en un material aislante, la pared interna de los tubos indicados forma una conducción para la circulación de un material fluido de inyección, cada tubo consta al menos de un orificio de inyección equipado con un manguito deformable; y por el hecho de que al menos ciertos de los mencionados tubos constan en su cara externa de una zona anular conductora apta para constituir un electrodo; las mencionadas zonas conductoras están aisladas unas de otras; y por el hecho de que además consta de:

- unos aparatos eléctricos situados en la superficie del suelo en el que se ha llevado a cabo la perforación; y

- unos elementos de unión eléctrica para unir de modo individual al menos ciertas de las mencionadas zonas anulares conductoras a los aparatos eléctricos indicados.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada tubo consta en cada extremidad de unos primeros medios de bloqueo, por el hecho de que cada zona anular conductora está constituida por un manguito conductor, que constituye un medio de conexión que presenta una primera y una segunda extremidad, así como una cara interna y una cara externa, la mencionada cara externa de los manguitos que forma las mencionadas zonas conductores anulares, las primeras y segundas extremidades de los manguitos conductores están provistas de segundos medios de bloqueo aptos para cooperar con los primeros medios de bloqueo de los mencionados tubos, quedando los tubos conectados entre sí por los mencionados manguitos conductores.

3. Sistema de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que los primeros medios de bloqueo de los tubos consisten en un fileteado llevado a cabo en la cara externa de los mencionados tubos, y por el hecho de que los segundos medios de bloqueo consisten en un fileteado llevado a cabo en la cara interna de los mencionados manguitos, apto para cooperar con un fileteado de los mencionados tubos, de manera que la longitud de la cara externa de un manguito es superior a la de su cara interna.

4. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por el hecho de que todos los tubos tienen sensiblemente la misma longitud por lo que la distancia (d) entre las caras internas de cada dos manguitos conductores sucesivos es sensiblemente constante, y por el hecho de que los elementos de unión eléctrica constan de un conjunto de conexión alargada, apto para ser introducido en el interior del mencionado sistema de tubos, el conjunto indicado consta de n contactos eléctricos espaciados de acuerdo con la longitud del conjunto de conexión indicado, la distancia entre dos contactos eléctricos es igual a k.d (k entero superior o igual a 1), cada contacto eléctrico es apto para llevar a cabo una conexión eléctrica con la cara interna de un manguito eléctrico, y n conductores eléctricos, cada conductor eléctrico presenta una primera extremidad unida eléctricamente a uno de los mencionados contactos eléctricos y una segunda extremidad apta para ser unida eléctricamente a los aparatos eléctricos.

5. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada zona anular conductora está constituida por una capa conductora anular dispuesta en la cara externa de los mencionados tubos y por el hecho de que los elementos de unión eléctrica son unos conductores eléctricos fijados en la cara externa de los mencionados tubos.

6. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que al menos ciertos de los mencionados tubos constan de unos electrodos adicionales aislados eléctricamente de las zonas anulares conductoras, los mencionados electrodos adicionales presentan una cara externa conductora que corresponde a una porción de circunferencia igual a 2\pi/n con n > 2, cada electrodo adicional está unido individualmente por un conductor eléctrico a los mencionados aparatos eléctricos.

7. Sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado por el hecho de que los aparatos eléctricos indicados constan de:

- una fuente de alimentación eléctrica,

- unos medios de medición del potencial eléctrico y

- unos medios de comunicación que se pueden ordenar para unir selectivamente, a través de los mencionados elementos de unión eléctrica, cada electrodo a la mencionada fuente de alimentación eléctrica o a los medios indicados de medición de potencial eléctrico o para dejarlo sin conexión eléctrica.