ES2402975A2 - Dispositivo mezclador para tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes. - Google Patents

Abstract

Dispositivo mezclador para el tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes. El cuerpo principal (1), que se extiende desde la punta perforadora (3) a su extremo superior receptor del varillaje (2) de perforación, recibe articuladamente por su zona media a los brazos de mezclado (8) y configura cerca de su extremo superior un pistón (13) alojado en el seno de una camisa (12) que genera con el cuerpo principal dos cámaras, una inferior (14) que es estanca y otra superior (15), en comunicación con el conducto (5) de salida del fluido, estando además la citada camisa (12) relacionada con los brazos de mezclado (8) a través de bielas o tirantes de accionamiento (10), de manera que cuando se suministra presión a la cámara superior (15), los brazos de mezclado (8) se separan en contra de la sobrepresión que se genera en la cámara inferior (14), y viceversa.

Description

Dispositivo mezclador para tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo mezclador, de los utilizados en el tratamiento y mejora de suelos, según técnicas que mezclan suelo propiamente dicho con un fluido, como por ejemplo una lechada de cemento, para mejorar su consistencia. Este dispositivo, que puede ser insertado en el suelo a través de una estructura tubular y más concretamente a través de un pequeño orificio, cuanta con unos brazos de mezclado, que se abren una vez llegado el dispositivo al nivel de profundidad previsto, donde el terreno se mezcla con el fluido mejorante que se aporta a través del interior del propio útil, mezclado que se produce por rotación de dichos brazos, accionados mediante un varillaje de perforación tubular, existiendo además en la punta del dispositivo un elemento que permite la perforación del suelo.

El objeto de la invención consiste en la apertura y cierre a voluntad de los mencionados brazos de mezclado, de manera que se consigue la disminución en el diámetro del útil, en situación de introducción, es decir, durante la perforación del suelo (lo que permite atravesar estratos de especial dureza) y la disminución igualmente del diámetro del dispositivo durante la extracción del mismo y su posterior retirada.

Es también objeto de la invención conseguir plenas garantías de que los brazos de mezclado alcanzan el nivel máximo de apertura previsto para los mismos, en situación operativa, así como también conseguir que los citados brazos se cierren de forma controlada ya sea tanto en fase de trabajo, como en el momento de la extracción del dispositivo.

La invención se sitúa pues en el ámbito de las herramientas destinadas al tratamiento del suelo para mejorar la consistencia del mismo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un sistema clásico para mejorar la consistencia del suelo consiste en realizar una mezcla del material constitutivo de dicho suelo, es decir del terreno, con un fluido apropiado, como por ejemplo la citada lechada de cemento. Generalmente, estos dispositivos presentan una geometría fija.

Una forma más versátil de llevar esto a la práctica es la utilización de un dispositivo perforador capaz de efectuar un orificio en el terreno, de diámetro relativamente reducido, que al llegar a un determinado nivel de profundidad se ensancha acusadamente, situación en que se produce la mezcla del suelo con el fluido mejorante, contando el dispositivo a tal efecto y en su zona próxima a su punta perforadora, con una pareja de brazos basculantes capacitados para mantenerse adaptados al cuerpo de la herramienta, o para bascular acusadamente hacia fuera, con un acusado incremento en el distanciamiento entre sus extremos libres, de manera que tales brazos cumplen una doble función, por un lado el citado ensanchamiento de la perforación del terreno, y por otro lado la mezcla de éste último con el fluido mejorante.

Un dispositivo de este tipo es el que muestra la PCT WO 2009/156056 A1, en la que el cabezal o dispositivo perforador-mezclador cuenta con un doble cuerpo, concretamente un cuerpo base, fijado al varillaje de perforación que permite accionar el dispositivo desde la superficie, que es portador de los brazos basculantes, y que cuenta con una cámara anular (cilindro hidráulico) en la que juega el segundo cuerpo, que lleva en su extremo inferior el elemento perforador, cuerpo que es extensible en contra de la tensión de un resorte, de tal forma que al introducir un fluido a presión en la cámara, este segundo cuerpo se extiende, accionando por medio de unas levas los brazos basculantes. En su posición retraída, los brazos son sujetados en posición cerrada mediante sendos alojamientos situados a nivel de la punta perforadora.

Este dispositivo presenta una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:

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La superficie anular efectiva del pistón de la cámara o cilindro hidráulico es reducida, por ello las

presiones necesarias para que los brazos puedan bascular se sitúan en torno a 40-50bar, como

recoge la propia patente. Esta presión es excesiva en numerosas aplicaciones, ya que puede

afectar a estructuras adyacentes al suelo tratado.

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El empuje vertical necesario para perforar el terreno se transmite al segundo cuerpo (el inferior),

oponiéndose directamente a la extensión del mismo, y por tanto a la apertura de los brazos, siendo

por tanto necesario aumentar aún más la presión del fluido para mantenerlos abiertos e incluso, si

el terreno tiene cierta dureza y

se necesita gran empuje vertical para perforarlo, impidiendo

totalmente la apertura de los brazos, y por tanto inutilizando la eficacia del sistema.

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El hecho de que los brazos de mezcla se soporten sobre el primer cuerpo superior y la punta de perforación sobre el segundo cuerpo inferior significa que cada uno de ellos tiene que ejercer un par de rotación considerable para poder efectuar el proceso de perforación y mezcla. Este par se transmite desde la superficie al cuerpo superior por medio del varillaje, sin embargo para poder transmitirlo al cuerpo inferior es imprescindible incluir un sistema antigiro capaz de soportar grandes tensiones. El sistema que aparece en el dispositivo (guías en los brazos que deslizan sobre ranuras en el cuerpo) no parece ser suficiente para absorber este esfuerzo.

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El diseño exige que los brazos queden recogidos en unos alojamientos huecos para evitar que éstos se abran involuntariamente al perforar el suelo. Sin embargo, en el entorno habitual de trabajo (dispositivo perforando en el terreno), la probabilidad de que estos alojamientos se obturen (y por tanto los brazos no puedan volver a su posición cerrada), es muy elevada.

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El cabezal perforador-mezclador presenta una cota diametral que sería deseable reducir. Esto se debe a que el diseño realizado exige la presencia de un cilindro hueco de diámetro considerable en el interior del dispositivo, a través del que se produce el paso del fluido mejorante del terreno.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El dispositivo que la invención propone resuelve los problemas planteados en el apartado anterior, a la vez que consigue el objetivo citado en último término.

Para ello de forma mas concreta dicho dispositivo cuenta con un cuerpo monopieza que se extiende desde su extremo superior que es receptor del varillaje de perforación, hasta su punta perforadora o extremidad inferior, cuerpo este al que se unen articuladamente unos brazos de mezclado, concretamente por su extremo superior.

A cada uno de estos brazos, y en la zona media de los mismos, se une articuladamente una biela o tirante de accionamiento, unida articuladamente por su otro extremo a una camisa o cilindro de accionamiento que rodea en situación de estanqueidad al cuerpo de la herramienta. Dicho cuerpo cuenta con una expansión radial o pistón que define en el seno de la camisa dos cámaras de capacidad variable en función del posicionamiento axial relativo entre cuerpo y camisa. La cámara inferior es estanca mientras que la cámara superior o cámara de accionamiento está conectada con un conducto de entrada de fluido que recorre axialmente el propio cuerpo de la herramienta.

De esta manera la presión hidráulica del fluido que llega a la cámara superior definida por la camisa y por el pistón obliga a un desplazamiento ascendente de dicha camisa con respecto al cuerpo principal, lo que trae consigo la basculación de los brazos de la herramienta en sentido de separación respecto del cuerpo, alcanzando dichos brazos la posición de trabajo prevista en función de la presión generada en la cámara inferior, presión que puede situarse en un rango bajo (inferior a 10 bar) para no afectar a estructuras colindantes al terreno tratado.

La presión existente en la citada cámara inferior cede cuando cesa la presión del fluido hacia la cámara superior, y el cilindro de accionamiento o camisa se desplaza en sentido descendente respecto del cuerpo principal provocando el cierre de los brazos.

Tanto los brazos como la punta de perforación se anclan sobre el cuerpo central único del dispositivo, de esta forma este cuerpo transmite todo el empuje vertical y el par de giro necesario para que el proceso funcione, sin necesidad de transmitirlo a través de sistemas antigiro.

Por último y de acuerdo con otra de las características de la invención, la especial estructuración del dispositivo, es decir, la posición de la cabeza de perforación alejada de la camisa o cilindro de accionamiento, que permite el alojamiento de los brazos, y especialmente el diseño del paso del fluido y la optimización de la superficie sobre la que actúa la presión hidráulica, permite una notable reducción de diámetro frente a otros dispositivos de análogas finalidades.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una vista en alzado lateral y en sección diametral de un dispositivo mezclador para tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención, dispositivo con sus brazos de mezclado en situación inoperante.

La figura 2.- Muestra, también según una vista en alzado y en sección diametral, el mismo dispositivo de

la figura anterior, ahora en posición operante para sus brazos de mezclado.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como el dispositivo mezclador que la invención propone está constituido a partir de un cuerpo principal (1) que se extiende desde el extremo receptor del varillaje (2) de perforación y conexión con la herramienta, hasta la punta perforadora (3) provista de una tobera (4) intercambiable reguladora de presión, concretamente reguladora del fluido que accede a través del conducto (5) que recorre axialmente dicho cuerpo.

Este cuerpo principal (1) incorpora en su zona media parejas de orejetas (6) sobre las que, con la colaboración de ejes (7), basculan los brazos de mezclado (8) de la herramienta, brazos que por su zona media y con la colaboración de ejes (9), se unen articuladamente a sendas bielas o tirantes de accionamiento (10) que por su otro extremo se unen también articuladamente (11) a la camisa (12) de un cilindro hidráulico definido por tal camisa y un pistón (13) o expansión radial del cuerpo principal (1), de manera que dicho pistón (13) define a ambos lados del mismo, sendas cámaras, concretamente una cámara inferior (14), estanca y presurizada, y una cámara superior (15) comunicada con el conducto (5) de salida de fluido anteriormente citado. Opcionalmente la cámara inferior (14) puede no ser estanca y consecuentemente tampoco estar presurizada, consiguiéndose el mismo efecto en ella para el pistón

(13) con el concurso de un resorte, no representado en los dibujos, en contra de cuya tensión deba moverse el pistón (13).

Un tope (16) limita el desplazamiento axial del pistón (13) con respecto a la camisa (12), a la vez que un pasador (17), especialmente visible en el detalle ampliado de la figura 2, actúa como elemento anti-giro.

Cuando la presión del fluido en la cámara superior (15) contrarresta la existente en la cámara inferior (14), el cilindro se desplaza axialmente respecto del cuerpo, tirando de los tirantes de accionamiento (10), lo que a su vez hace bascular a los brazos de mezclado (8), situando así el dispositivo en su posición desplegada.

El elemento de medida (18) situado en el interior de la cámara inferior (14) permite conocer en todo momento la posición del pistón (13) y, por tanto, el grado de apertura de los brazos de mezclado (8).

La especial configuración de la cámara de accionamiento de los brazos de mezclado, permite un aprovechamiento óptimo del espacio disponible, o lo que es lo mismo, permite reducir el diámetro del dispositivo, a la vez que la superficie sobre la que puede actuar la presión hidráulica se ve sustancialmente incrementada, lo que equivale a que se necesite menor presión para conseguir el esfuerzo necesario en la maniobra de expansión de los brazos, los cuales además se retraen por simple ausencia de presión, en contra de lo que sucede convencionalmente.

La válvula o tobera (4) actúa como regulador de la presión interior del dispositivo, es decir que para un caudal dado garantiza que las presiones en la cámara superior (15) de accionamiento de los brazos de mezclado (8) se mantengan en los rangos necesarios, independientemente de las necesarias condiciones de salida (caudal) del fluido en su aportación al terreno.

Volviendo nuevamente al tope (16), cabe señalar que éste es de posicionamiento regulable, de manera que permite controlar a voluntad el grado de desplazamiento axial de la camisa (12), o lo que es lo mismo, el grado de basculación de los brazos de mezclado (8), y por tanto, el diámetro de la columna de suelo mezclado con el fluido conglomerante finalmente obtenida.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1ª.- Dispositivo mezclador para el tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes, del tipo de los que

   cuentan con un cuerpo rematado en una punta perforadora y de los que incorporan brazos móviles susceptibles de adaptarse al citado cuerpo y de separarse del mismo a voluntad, caracterizado porque el cuerpo principal (1), que se extiende desde la punta perforadora (3) hasta el extremo del dispositivo receptor del varillaje (2) de perforación, y que por su zona media recibe articuladamente los brazos de mezclado (8), presenta cerca de su extremidad superior una expansión cilíndrica, que configura un pistón (13) que juega en el seno de una camisa (12) determinante con dicho pistón de un cilindro hidráulico provisto de dos cámaras, una cámara inferior (14) o bien estanca o bien ocupada por un resorte, y una cámara superior (15), ésta última comunicada con el conducto (5) que recorre axialmente al cuerpo principal (1), orificio de salida de un fluido mejorante, que se extiende entre la punta perforadora (3) y el extremo superior receptor del varillaje (2), estando unidas articuladamente a los brazos de mezclado (8) sendas bielas o tirantes de accionamiento (10), que por su otro extremo se unen a su vez articuladamente a la camisa (12) del citado cilindro hidráulico.

   2ª.- Dispositivo mezclador para el tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes, según reivindicación 1ª, caracterizado porque en el interior de la cámara inferior (14) del cilindro hidráulico, se establece un elemento de medida (18) de la posición del pistón (13) respecto de la camisa, y consecuentemente del grado de apertura de los brazos de mezclado (8).

   3ª.- Dispositivo mezclador para el tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el seno de la punta perforadora (3), concretamente en la extremidad libre del conducto (5) de salida de fluido, se establece una tobera (4) reguladora de presión, intercambiable.

   4ª.- Dispositivo mezclador para el tratamiento de suelos con fluidos conglomerantes, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la zona superior del cuerpo principal (1) se establece un tope (16), de posicionamiento regulable, que determina el grado de desplazamiento axial máximo entre la camisa (12) y el pistón

   (13) del cilindro hidráulico, y consecuentemente del grado de apertura de los brazos o tirantes de accionamiento (8).