ES2616524T3

ES2616524T3 - Método y aparato para crear pilotes de agregado compactado utilizando un mandril hueco con limitadores de flujo ascendente

Info

Publication number: ES2616524T3
Application number: ES08795798.1T
Authority: ES
Inventors: Kord J. Wissmann; Brian Metcalfe
Original assignee: Geopier Foundation Co Inc
Current assignee: Geopier Foundation Co Inc
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: EP2126224A4; TR200906328T1; KR20090122963A; EP2126224B1; CO6231058A2; US7604437B2; MX2009008886A; DK2126224T3; PL2126224T3; US20080205993A1; EP2126224A1; CA2680508C; CA2680508A1; WO2008144093A1

Abstract

Un sistema para construir pilotes de agregado, que comprende: un mandril (1) que tiene una la porción superior (9) y una cabeza apisonadora (2), y un pasaje que se extiende a través del mismo para alimentar el agregado a través del mandril a la cabeza apisonadora; y dicha cabeza apisonadora se abre para proporcionar un pasaje para que el agregado pase a través de la cabeza apisonadora fuera del mandril, y tiene una pluralidad de miembros estructurales (6) conectados a esta para permitir el flujo sustancialmente libre de agregado a su través cuando el mandril se eleva durante el funcionamiento, y para prevenir que el flujo agregado regrese al mandril durante el apisonamiento hacia abajo.

Description

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DESCRIPCION

Metodo y aparato para crear pilotes de agregado compactado utilizando un mandril hueco con limitadores de flujo ascendente

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Esta solicitud esta relacionada y reivindica prioridad a la Solicitud Provisional de los Estados Unidos numero de serie 60/902.504, presentada el 22 de febrero de 2007 y la Solicitud Provisional de los Estados Unidos numero de serie 60/902.861 presentada el 23 de febrero de 2007. Las descripciones de las Solicitudes Provisionales se incorporan espedficamente como referencia en la presente descripcion.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a la instalacion de pilotes de agregado en suelos de cimentacion para el soporte de edificios, paredes, instalaciones industriales, y estructuras relacionadas con la transportacion utilizando mandriles de desplazamiento tal como se conoce generalmente del documento US 2004/115011 A1. En particular, la presente invencion se dirige a metodos y aparato para la instalacion de pilotes de agregado a traves del uso de un mandril hueco cilmdrico que incluye configuraciones para restringir el flujo ascendente de agregado dentro del mandril durante la compactacion.

Antecedentes de la invencion

Las instalaciones pesadas o sensibles al asentamiento que se localizan en areas que contienen suelos blandos o debiles se soportan frecuentemente sobre cimentaciones profundas. Estas cimentaciones profundas se hacen tfpicamente de pilotes conducidos o pilotes de concreto instalados despues de la perforacion. Las cimentaciones profundas estan disenadas para transferir cargas estructurales a traves de los suelos blandos a estratos desuelo mas competentes.

En los ultimos anos, los pilotes de agregado se han utilizado de forma creciente para soportar estructuras localizadas en areas que contienen capas de suelos blandos. Los pilotes son disenados para reforzar y dar resistencia a las capas blandas y minimizar los asentamientos resultantes. Estos pilotes se construyen utilizando una variedad de metodos que incluyen metodos de perforacion y apisonamiento tales como se describen en las patentes norteamericanas Nos. 5,249,892 y 6,354,766 ("Short Agregado Piers"), metodos de mandril conducido tal como se describe en la patente de Estados Unidos No. 6,425,713 ("Lateral Displacement Pier") y metodos de mandril conducido con cabeza de apisonamiento tal como el desarrollado por Nathanial S. Fox y conocido como el "Pilote de Impacto" y se describe en la Patente de Estados Unidos No. 7,226,246.

La tecnica de "Pilote de Agregado Corto" mencionada anteriormente, la cual incluye perforar o excavar una cavidad, en una solucion de cimentacion efectiva, especialmente cuando se instala en suelos cohesivos donde la estabilidad de la pared lateral del agujero es facilmente mantenida.

Los metodos de "Pilote de Desplazamiento Lateral" y "Pilote de Impacto" se desarrollaron para instalaciones de pilote de agregado en suelos granulares donde la estabilidad de la pared lateral de la cavidad no es facilmente mantenida. El "Pilote de Desplazamiento Lateral" se construye al conducir un tubo dentro de la tierra, al perforar el suelo dentro del tubo, al rellenar el tubo con agregado y al utilizar el tubo para compactar el agregado "en elevaciones delgadas". Se utiliza tfpicamente un borde biselado en el fondo del tubo para compactacion.

El "Pilote de Impacto" es una extension del "Pilote de Desplazamiento Lateral". En este caso, una cabeza apisonadora de diametro mas pequeno de 20,32 a 40,64 centfmetros (8 a 16 pulgadas) se conduce dentro de la tierra. La cabeza apisonadora esta unida a un tubo, el cual se rellena con piedra triturada una vez que la cabeza apisonadora es conducida a la profundidad de diseno. La cabeza apisonadora se levanta, despues permitiendo en consecuencia que la piedra permanezca en la cavidad y despues la cabeza apisonadora se conduce de regreso hacia abajo a fin de densificar cada elevacion de agregado. Una ventaja del Pilote de Impacto, sobre el Pilote de Desplazamiento Lateral es la velocidad de construccion.

La invencion es un mejoramiento en estas tecnicas del campo anterior, y en particular, el Pilote de Desplazamiento Lateral, el Pilote de Impacto y sus metodos. Se proporciona un mecanismo mas eficiente para compactar agregado al restringir al movimiento ascendente del agregado a traves del mandril durante la conduccion del mandril.

Generalmente, la invencion emplea un mandril de acero integrado por un tubo superior como una porcion primaria utilizado para el suministro de agregado a una porcion del tubo inferior o cabeza apisonadora. Durante la extraccion del mandril, se minimiza el movimiento ascendente del agregado. Sin embargo, durante la compactacion existe una posibilidad de que los materiales se puedan empujar dentro del mandril conforme el mandril se hace bajar. De acuerdo con la invencion, la posibilidad de que los materiales se mueven hacia arriba dentro del mandril se elimine o se reduce

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sustancialmente.

Resumen de la invencion

En un aspecto, la invencion se refiere a un mandril equipado con un limitador de flujo para evitar que el agregado se mueva hacia arriba dentro del mandril durante la compactacion hacia abajo. La invencion se refiere a sistemas y metodos tales como se describe en la patente de Estados Unidos No. 6,425,713 ("Lateral Displacement Pier") y el metodo de mandril conducido con cabeza apisonadora tal como el desarrollado por Fox y conocido como "Pilote de Impacto" y se da a conocer en la patente de Estados Unidos No. 7,226,246. Las descripciones de todos los documentos mencionados anteriormente se incorporan expresamente en este documento amanera de referencia.

En una modalidad, la invencion puede emplear dos porciones de tubo cilmdrico alineadas con sus extremos adyacentes interconectados para formar un mandril alargado. Una porcion de tubo superior del mandril es un mecanismo de suministro de agregado primario. El agregado se alimenta dentro de una tolva en el extremo superior de la porcion de tubo superior. Una porcion de tubo de fondo del mandril puede tener un diametro ligeramente mas grande que la porcion de tubo superior que tambien opera como una cabeza apisonadora para el mandril. Los miembros estructurales, los cuales pueden ser mecanicos activos o pasivos, estan localizados dentro de la porcion de tubo de fondo. Los miembros estructurales permiten un movimiento generalmente no restringido de los materiales de agregado hacia abajo a traves del mandril y hacia afuera a traves de la porcion de tubo del fondo conforme el mandril se levanta. Cuando el apisonamiento del agregado se conduce a traves del movimiento hacia abajo del mandril, los miembros estructurales restringen o retardan el flujo ascendente del agregado u otros materiales dentro del mandril.

En una primera modalidad, la porcion de tubo de fondo incluye limitadores de flujo mecanicos, por ejemplo, en la forma de miembros que se extienden verticalmente movibles. Los limitadores estan montados cerca de la region superior en el interior de la porcion de tubo de fondo, adyacentes a la interfaz de las dos secciones de tubo (aunque se entiende que las porciones superior y de fondo podnan comprender una unidad unitaria individual con espesores de pared variantes, etcetera). Los limitadores de flujo mecanicos operan de una manera activa y dinamica para restringir el movimiento ascendente del agregado o suelo en el mandril durante las operaciones de apisonamiento o compactacion.

En esta modalidad, los limitadores de flujo mecanicos estan formados preferentemente por cadenas de acero, sogas de alambre u otros mecanismos similares. Los limitadores de flujo mecanicos se pueden asegurar tipicamente en su extremo superior dentro de la porcion de tubo de fondo del mandril o la cabeza apisonadora y se extienden hacia abajo verticalmente dentro de la porcion de tubo de fondo del mandril conforme el mandril se levanta. Esto es debido a que el agregado endereza los limitadores conforme el mandril se levanta. Cuando el mandril se mueve hacia abajo durante la compactacion del agregado, los limitadores de flujo mecanicos se pueden mover, y se mueven hacia adentro y hacia arriba dentro de la porcion de tubo de fondo del mandril como un resultado de la interaccion con el agregado. Cuando los limitadores se mueven hacia adentro, tienden a amontonar el agregado restringiendo de esta manera el flujo ascendente del agregado en el mandril.

En una modalidad mas espedfica, el extremo inferior del mandril tambien puede incluir una placa de sacrificio (tambien referida de otra manera en este documento como una zapata de conduccion desechable). La placa de sacrificio se inserta dentro de una abertura en el fondo de la cabeza apisonadora del mandril. La placa evita que la tierra entre al mandril durante la operacion de conduccion y se deje en el fondo del mandril durante la colocacion y compactacion del agregado. Alternativamente, la placa de sacrificio se puede eliminar y el agregado se puede colocar dentro del mandril antes de la conduccion. El agregado sirve para evitar que la tierra entre al mandril durante la conduccion, ya que impide que fluya de regreso dentro del mandril por los limitadores de flujo mecanicos.

En la construccion de un pilote de agregado de acuerdo con la presente invencion, el mandril es llevado a su profundidad de diseno. Si se emplea una placa de sacrificio, el agregado se puede suministrar a la parte superior del mandril a traves de la tolva que esta montada al extremo superior del mandril. Si el mandril se conduce sin una placa de sacrificio, el agregado se puede alimentar dentro del mandril antes de la conduccion. Al lograr la profundidad deseada durante la operacion de conduccion, el mandril se extrae despues parcialmente una longitud predeterminada, por ejemplo, de manera tfpica aproximadamente 91,5 centfmetros (3 pies) y el agregado se deja fluir a traves de la porcion superior de suministro del mandril primario y la porcion de tubo de fondo mas grande. El mandril luego se conduce hacia abajo, de manera tfpica aproximadamente 61 centimetros (2 pies), utilizando un equipo convencional capaz de suministrar una fuerza descendente estatica o dinamica a la porcion de tubo de fondo de la cabeza apisonadora. Durante la conduccion hacia abajo, los limitadores de flujo mecanicos son empujados hacia adentro y hacia arriba por el agregado que entra en el fondo del mandril. Esta accion causa que los limitadores de flujo se amontonen juntos en la cabeza apisonadora. Despues, la cabeza apisonadora se cierra en esta region por los limitadores de flujo y en consecuencia se evita o se retarda el flujo ascendente del agregado en el mandril.

En una modalidad alternativa, la invencion es como se describe previamente, y tambien tiene dos porciones de tubo cilmdrico alineadas con sus extremos adyacentes interconectados para formar el mandril alargado. Como antes, la porcion de tubo superior del mandril es el mecanismo de suministro de agregado primario, y el agregado se alimenta dentro de una tolva en el extremo superior de la porcion de tubo superior. La porcion de tubo de fondo del mandril tiene, en una modalidad, un diametro ligeramente mas grande que la porcion de tubo superior y permite el movimiento no

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restringido del agregado a traves del mandril cuando se levanta el mandril. La porcion de tubo de fondo sirve nuevamente como una cabeza apisonadora para el mandril.

En esta modalidad, los limitadores de flujo pasivos estan montados en el interior de la porcion de tubo de fondo, y sirven para restringir el movimiento ascendente del agregado durante una operacion de apisonamiento o de compactacion. Los limitadores de flujo pasivos son estructuras estaticas y se extienden en general horizontalmente hacia adentro. Los limitadores de flujo pasivos se pueden hacer de acero, aleaciones de acero, madera, placas de metal u otros materiales de construccion capaces de proporcionar resistencia pasiva dentro de la porcion de fondo del mandril en la aplicacion de un movimiento hacia abajo vertical directo del mandril. Los limitadores de flujo pasivos estan fijados a lo largo de la periferia interior de la porcion de tubo de fondo o cabeza apisonadora. El angulo de los limitadores de flujo pasivos a lo largo de su cara superior puede variar de aproximadamente 0 grados relativa a la horizontal, a aproximadamente 60 grados hacia abajo del horizontal. Se extienden dentro del centro del mandril una longitud suficiente para restringir el movimiento ascendente del agregado durante el apisonamiento, pero sin impedir sustancialmente el movimiento descendente del agregado relativo al mandril cuando el mandril se levanta.

Como con la primera modalidad, el extremo inferior del mandril tambien se puede equipar con una placa de sacrificio insertada dentro de la abertura en el fondo de la cabeza apisonadora del mandril. En una alternativa, la placa se puede eliminar y el agregado se coloca en el mandril antes de la conduccion para prevenir que la tierra entre durante la operacion. Durante la conduccion hacia abajo, el agregado que entra al fondo del mandril se acopla por los limitadores pasivos. Esta accion causa que el agregado entre a los limitadores pasivos "arquee" los limitadores "obstruyendo" en consecuencia el mandril y evitando el flujo ascendente del agregado.

La presente invencion en todas las modalidades permite un flujo o movimiento de gravedad no restringido del agregado relativo al mandril mientras que se levanta el mandril y proporciona una compresion mecanica o pasiva que crea un tapon de agregado temporal mientras se conduce el mandril hacia abajo. El tapon de agregado evita el movimiento ascendente adicional del agregado dentro del mandril y evita de esta manera que el tapon de agregado se utilice como una superficie de compactacion adicional, junto con el borde de fondo de la cabeza apisonadora durante la compactacion hacia abajo. Esta superficie mayor de compactacion facilita la construccion de pilotes mas resistentes y mas ngidos.

Se debe entender que la invencion como se describe a partir de ahora no se limita a los detalles de construccion y configuraciones de componentes expuestos en la siguiente descripcion o ilustraciones en los Dibujos. La invencion es capaz de modalidades alternativas y de ser practicada o llevada a cabo de varias formas. Espedficamente, las dimensiones descritas y donde se presentan en los Dibujos son unicamente modalidades ejemplares y se pueden modificar por aquellas personas expertas en el campo como condiciones autorizadas.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una vista esquematica transversal parcial frontal de una primera modalidad que ilustra un mandril mecanicamente restringido de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 2 es una vista esquematica transversal parcial lateral del mandril de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista superior del mandril de la invencion que muestra una tolva para agregado.

La Figura 4 es una vista esquematica transversal parcial agrandada de la porcion de tubo de fondo o cabeza apisonadora del mandril de la Figura 1, que muestra una modalidad de los limitadores de flujo mecanicos, por ejemplo cadenas, adaptadas alrededor de la periferia interior de la cabeza apisonadora.

La Figura 5 es una vista de fondo en planta agrandada de la porcion de tubo de fondo o cabeza apisonadora mostrada en la Figura 1.

La Figura 6 es una vista en perspectiva del interior de la porcion de fondo de la modalidad de la Figura 1.

La Figura 7 es una vista esquematica transversal parcial frontal del mandril de la Figura 1, como el mandril esta siendo conducido con un tapon terminal de proteccion.

La Figura 8 es una vista esquematica transversal parcial frontal del mandril, similar a la Figura 7, cuando el mandril esta siendo extrafdo dejando el tapon terminal de proteccion en el fondo de la cavidad y dejando un relleno suelto de agregado en la cavidad.

La Figura 9 es una vista esquematica transversal parcial frontal del mandril, similar a las Figuras 7 y 8, como el mandril esta, siendo conducido hacia abajo para compactar el agregado suelto abajo del fondo del mandril, con los limitadores de flujo que se deforman hacia arriba y hacia adentro par comprimir el area transversal de la cabeza apisonadora y prevenir el movimiento ascendente del agregado a traves del mandril al formar un tapon de agregado temporal en la

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porcion de fondo del mandril.

La Figura 10 es una vista que demuestra el arqueo del agregado dentro de la porcion de fondo del mandril para bloquear el flujo ascendente durante el apisonamiento.

La Figura 11 es una vista esquematica transversal parcial frontal de una segunda modalidad que ilustra los limitadores de flujo pasivos de acuerdo con la presente invencion.

La Figura 12 es una vista esquematica transversal parcial lateral del mandril mostrado en la Figura 11.

La Figura 13 es una vista frontal esquematica transversal parcial agrandada de la porcion de tubo de fondo o cabeza apisonadora del mandril de la Figura 11 con los limitadores de flujo pasivos.

La Figura 14 es una vista de fondo agrandada de la porcion de tubo de fondo o cabeza apisonadora mostrada en la Figura 13 que muestra los limitadores que se extienden alrededor de la periferia interior de la porcion de tubo de fondo.

La Figura 15 es una vista esquematica transversal parcial frontal del mandril de la Figura 11 como el mandril esta siendo conducido con un tapon terminal de proteccion.

La Figura 16 es una vista esquematica transversal parcial frontal del mandril, similar a la Figura 15, como el mandril esta siendo extrafdo dejando el tapon terminal de proteccion en el fondo de la cavidad y dejando un relleno suelto de agregado en la cavidad.

La Figura 17 es una vista frontal del mandril, similar a las Figuras 15 y 16, de como el mandril esta siendo conducido hacia abajo para compactar un relleno suelto de agregado, donde el agregado se acopla con los limitadores de flujo pasivos.

La Figura 18 es una grafica que ilustra una comparacion de prueba de carga de modulo.

Descripcion detallada

En un aspecto, se proporciona un metodo y aparato para la instalacion de pilotes de agregado en suelos de cimentacion. El metodo consiste en conducir un mandril de tubo hueco 1 como se muestra en las Figuras dentro de los suelos de cimentacion con una maquina base capaz de conducir el mandril. La maquina base esta tfpicamente equipada con un martillo vibratorio para pilotes y la capacidad para aplicar una fuerza estatica al mandril para lograr una penetracion en el suelo de cimentacion. Estas maquinas son convencionales y bien conocidas en el campo y no necesitan ser descritas en mayor detalle en este documento. Tambien se pueden utilizar las maquinas alternativas, tales como las que aplican fuerza dinamica unicamente, fuerza estatica unicamente o una combinacion de las mismas.

En una modalidad preferida, como se muestra en las Figuras 1, 2, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 16 y 17, el mandril puede tener una porcion de tubo superior de diametro mas pequeno 9 montada sobre la parte superior de una porcion de tubo de fondo de diametro mas grande 2. Aunque la porcion superior 9 y la porcion inferior 2 del mandril 1 se muestran de una manera ejemplar como partes separadas con la porcion inferior 2 de diametro exterior mas grande que la porcion superior 9 tambien pueden tomar otras formas. Por ejemplo la porcion superior 9 y la porcion inferior 2 se pueden hacer como una unidad de una pieza integral individual. Ademas, el diametro exterior de la porcion superior 9 puede ser el mismo como aquel de la porcion inferior 2. En esta modalidad los limitadores de flujo se pueden acomodar al hacer la pared de la porcion inferior 2 mas delgada relativa a la porcion superior 9. En una modalidad ejemplar, las porciones de tubo superior y de fondo 9 y 2 se forman preferentemente de tubo de acero cilmdrico o articulado estandar que tiene dimensiones de tamano deseadas para que el pilote de agregado se construya como sera evidente para aquellas personas de experiencia ordinaria. El extremo inferior de la porcion de tubo superior 9 se fija al extremo superior de la porcion de tubo de fondo 2 utilizando preferentemente una placa conectora en forma de anillo 10 y una soldadura adecuada o similares, como se muestra en las Figuras 4 y 13. La porcion de tubo de fondo 2 sirve como una cabeza de apisonamiento. En la modalidad de las Figuras 1-10, la porcion de tubo de fondo 2 esta equipada con limitadores de flujo que se extienden verticalmente 6 que restringen el movimiento ascendente del agregado a traves del mandril durante la compactacion.

Antes de la conduccion, el mandril se equipa opcionalmente con una placa de sacrificio 3 la cual sirve como una zapata de conduccion y se ajusta dentro de un anillo interior 4 de la porcion de fondo 2 que integra la cabeza del mandril. La zapata de conduccion desechable es ligeramente mas grande que el anillo de la cabeza del mandril y de esta manera permanece en posicion en el fondo del mandril 1 durante la conduccion a una profundidad de conduccion requerida. Cuando el mandril 1 se eleva, la zapata de conduccion permanece en la profundidad de conduccion y se sacrifica como parte de la operacion. La placa de sacrificial 3, que constituye la zapata de conduccion, se puede fabricar de acero, aleacion de acero, madera, placas de metal u otros materiales de construccion. Alternativamente, en lugar de la placa 3, el mandril 1 se puede rellenar con agregado tal que cuando el mandril 1 se conduce, el agregado formara un tapon temporal dentro del espacio anular 4.

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Se muestra una tolva 5 por todas las Figuras, en particular la Figura 3, y se puede fijar (o fijar removiblemente) a la parte superior del mandril. La tolva 5 se utiliza para alimentar agregado dentro del mandril en cualquier momento durante la operacion (tal como, por ejemplo, a traves de un mandril ranurado como se describe en la Solicitud de Patente Internacional No. PCT/US2006/019678, la descripcion de la cual se incorpora en este documento a manera de referencia).

Con respecto al agregado utilizado con la invencion, es tfpicamente piedra "limpia" con un tamano de partfcula maximo de tipicamente menos que 5,08 centfmetros (2 pulgadas). Por el termino "piedra limpia" se propone que contenga tfpicamente menos de 5 % que pase el tamano de criba del No. 200 (0,19 centfmetros (0,074 pulgadas)). Tambien se pueden utilizar las composiciones de agregado alternativas tal como piedra limpia que tiene tamano de partfcula maximos que vanan entre 0,64 centimetros y 7,62 centfmetros (1/4 pulgada y 3 pulgadas), el agregado con mas de 5 % que pase el tamano de criba del No. 200, concreto reciclado, escoria, asfalto reciclado, arena, vidrio y otros materiales de construccion.

La porcion superior 9 del mandril 1 en una construccion alternativa se puede manufacturar utilizando acero laminado para formar un cilindro que tenga una seccion transversal circular. La porcion del fondo 2 de mandril 1 tiene preferentemente un area transversal que es ligeramente mas grande que el area transversal de la porcion superior del mandril. Tambien se pueden utilizar otras dimensiones y 25 formas del mandril alternativas tales como mandriles hechos de acero para formar una conformacion cuadrada, octagonal o articulada.

El extremo inferior 8 de la porcion de fondo 2 del mandril 1 que integra la cabeza de apisonamiento tambien se puede biselar hacia afuera, en lugar de a traves como se muestra en la modalidad ilustrativa.

El diametro exterior de la porcion superior 9 del mandril 1 es de preferencia aproximadamente 25,4 centfmetros (10 pulgadas) aunque el diametro de la porcion superior puede variar (tal como, por ejemplo, de aproximadamente 15,24 centimetros a aproximadamente 35,56 centimetros (6 pulgadas a aproximadamente 14 pulgadas)). El espesor de la pared del mandril tambien puede variar, por ejemplo, de aproximadamente 0,64 centfmetros a aproximadamente 2,54 centimetros (1/4 pulgada a aproximadamente una pulgada), dependiendo del diametro del mandril, longitud, materiales de construccion del mandril y condiciones de conduccion. El mandril 1 es de preferencia aproximadamente 3,05 a aproximadamente 12,19 metros (10 a aproximadamente 40 pies) de largo. Sin embargo, se pueden utilizar longitudes alternas, por ejemplo, tan cortas como 1,52 metros (5 pies) y tan largas como 21,34 metros (70 pies). El diametro exterior de la porcion de tubo de fondo o inferior 2 es de preferencia aproximadamente 5,08- 15,24 centfmetros (2-6 pulgadas) mayor que el diametro exterior de la porcion del tubo superior 9 dependiendo del diametro de la porcion de tubo superior.

La porcion del fondo 2 del mandril 1 en la modalidad de las Figuras 1-10 contiene limitadores de flujo mecanicos movibles que se extienden verticalmente 6 fijos en sus extremos superiores a la superficie inferior de una placa conectora adyacente a la abertura del fondo de la porcion de tubo superior 9 como se muestra en las Figuras 4 y 5. Los limitadores de flujo 6 cuelgan libremente a lo largo de la periferia interior de la porcion de tubo de fondo 2 que 10 integra una cabeza apisonadora, en un patron generalmente circular como tambien se muestra en la Figura 6.

En esta modalidad, los limitadores de flujo 6 son preferentemente dieciseis cadenas eslabonadas de acero que forman un arreglo circular en la cabeza apisonadora 2 del mandril 1. Dependiendo del diametro del mandril 1 y la cabeza apisonadora, un numero alterno de cadenas eslabonadas de acero se pueden utilizar en el arreglo. El numero de eslabones en cada cadena de acero tambien puede variar dependiendo en el tamano de cada eslabon de cadena individual y la altura de la cabeza apisonadora 2. La longitud total de cada cadena individual es de preferencia aproximadamente 1/3 a aproximadamente 2/3 de la altura interior de la porcion de tubo inferior 2. El espesor de cada longitud de cadena vana, por ejemplo, de aproximadamente 0,64 a aproximadamente 2,54 centimetros (1/4" a aproximadamente 1"). Los materiales alternativos, tales como soga de alambre u otros mecanismos que resisten fuerzas de tension pero exhiben poca resistencia a las fuerzas compresivas, tambien se pueden utilizar para los limitadores de flujo ascendente 6.

Durante el funcionamiento, el mandril 1 se lleva a la profundidad de diseno deseada. Si se usa la placa de sacrificio 3, la tolva 5 se rellena con agregado despues de conducir a la profundidad de diseno deseada. Alternativamente, el agregado se rellena parcial o completamente dentro de la cabeza del mandril 2 antes de la conduccion de modo que la compresion de los limitadores de flujo mecanicos 6 forma un tapon de agregado temporal en la porcion de fondo 2 que integra la cabeza apisonadora del mandril 1 de modo que la tierra no entra apreciablemente al interior del mandril 1 y 2 durante la conduccion a una profundidad de diseno deseada.

Una vez que el mandril 1 alcanza la profundidad de diseno, luego se levanta ligeramente y la placa de sacrificio o el tapon de agregado temporal cuando no se utiliza una placa, se suelta y permanece en la profundidad de diseno. Conforme el mandril se levanta, el agregado permanece en su sitio al moverse hacia abajo relativo al mandril y fuera del espacio anular 4 en la cabeza apisonadora 2. Como resultado, el mandril se levanta pero el agregado permanece en su sitio, sin flujo descendente adicional apreciable del agregado. En este momento, tfpicamente, el agregado primero hace

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contacto con la pared lateral de la cavidad creada. Durante esta operacion, el mandril 1 se levanta, de manera tipica aproximadamente 91.5 centimetres (3 pies), y luego se conduce de regreso hacia abajo, de manera tipica a aproximadamente 61 centimetres (2 pies), para compactar el agregado que permanecio como resultado del levantamiento de la cabeza apisonadora. La conduccion del mandril 1 hace que los limitadores de flujo mecanicos 6 se compriman hacia arriba debido al acoplamiento del agregado, reduciendo en consecuencia el area transversal de la cabeza apisonadora 2. De esta manera, se evita que el agregado fluya en cualquier cantidad significativa de regreso hacia arriba dentro del mandril 1. La restriccion forma un tapon de agregado temporal en la cabeza apisonadora como se muestra ilustrativamente en la Figura 10.

En el contexto de la operacion de conduccion, se pueden utilizar cantidades de levantamiento y conduccion alternativas. Por ejemplo, para lograr un pilote de agregado mas ancho, el mandril 1 se puede levantar 121,9 o 152,4cm (4 o 5 pies) y luego conducirse hacia abajo 91,5 o 121,9cm (3 o 4 pies) proporcionando un mayor volumen de agregado compactado y una anchura mayor de agregado a una profundidad proporcionada. Para las aplicaciones donde las anchuras pequenas son deseadas, el mandril se puede elevar61 centimetres (2 pies) y conducirse 30.5 cm (1 pie). Se pueden utilizar otras cantidades dependiendo del resultado deseado como sera facilmente evidente para aquellas personas de experiencia ordinaria.

El tapon de agregado temporal en el espacio anular de la cabeza de mandril integrada por la porcion de fondo 2 facilita hacer que la elevacion suelta del agregado colocado descienda y lateralmente dentro de las paredes del agujero e incrementa la presion en los suelos circundantes. Como sera facilmente evidente, el pilote se construye poco a poco en una operacion de abajo hacia arriba.

En una modalidad alternativa como se muestra en las Figuras 11-17, la porcion de fondo 2 del mandril contiene, por ejemplo, limitadores de flujo pasivos horizontalmente alineados 16 fijos alrededor de la periferia de la porcion de fondo 2. En las vistas de las Figs. 11, 12, 13, 15, 16 y los limitadores de flujo 16 se muestran unicamente en parte en los bordes laterales de la periferia interior de la porcion de fondo 2. En la construccion real, los limitadores de flujo 16 se extienden tipicamente al rededor de la periferia interior de la porcion de fondo 2 como se muestra mas claramente en la Figura 14.

Los limitadores de flujo pasivos 16 tienen preferentemente una superficie superior de inclinacion hacia abajo para facilitar el flujo descendente del agregado y una superficie inferior de inclinacion horizontal o inversa (no mostrada) para restringir o evitar que el agregado fluya hacia arriba cuando el mandril 1 se mueve hacia abajo durante la compactacion. Los limitadores de flujo pasivos 16 se extienden interiormente a lo largo de la periferia de la porcion de fondo 2.

Como un ejemplo, en la presente modalidad, tres limitadores de flujo pasivos horizontales a diferentes alturas se muestran en la porcion del fondo 2 y se extienden completamente alrededor de la circunferencia interior. El espaciamiento entre los limitadores de flujo pasivos 16 puede variar, por ejemplo, de 0,076 a 0,30 centimetres (0,25 a 1 pie). El ancho de los limitadores de flujo pasivos 16 puede variar dependiendo del diametro interior de la porcion superior 9 y la porcion de fondo 2 del mandril, y en los tamanos de particula del agregado utilizado. El ancho de los limitadores de flujo pasivos 16 es tal que el agregado se deja permanecer en la cavidad formada (y hace contacto con la pared de la cavidad) por el movimiento de levantamiento del mandril. En contraste, la restriccion pasiva del flujo ascendente del agregado se logra durante la conduccion del mandril 1 como resultado del acoplamiento entre el agregado y los limitadores 16. El numero de limitadores de flujo pasivos variara dependiendo de la longitud de la porcion de fondo 2. Ademas, como se observa previamente, los limitadores de flujo 16 se extenderan en el centro de la porcion de fondo 2 una longitud suficiente para restringir el flujo ascendente de agregado durante el apisonamiento, pero sin evitas sustancialmente que el agregado permanezca en el fondo de la cavidad en el levantamiento del mandril 1.

En todos los otros aspectos, la modalidad de las Figuras 11-17 de otra manera es tipicamente la misma como la modalidad de las Figuras 1-10.

En la operacion de la modalidad de las Figuras 11- 17, como antes, el mandril 1 se lleva a la profundidad de diseno. Si se utiliza la placa de sacrificio 3, la tolva 5 nuevamente tambien se rellena con agregado despues de la conduccion a la profundidad de diseno. Alternativamente, como en el caso de la modalidad de las Figuras 1-10, el agregado se puede rellenar parcial o totalmente dentro del mandril 1 y la cabeza apisonadora de fondo 2 antes de la conduccion y el agregado es acoplado por los limitadores de flujo pasivos 16 para formar un tapon de agregado temporal en la porcion de fondo 2 del mandril 1 de modo que la tierra no entra al interior del mandril 1 durante la conduccion.

Una vez que el mandril 1 alcanza la profundidad de diseno y el mandril 1 se levanta ligeramente, la placa de sacrificio 3 o el tapon de agregado temporal se suelta y permanece en la profundidad de diseno. Conforme el mandril 1 se levanta, el agregado permanece en su sitio y se mueve hacia abajo relativo al mandril y fluye fuera del espacio anular 4 en la porcion inferior 2 de la cabeza apisonadora. En todos los otros aspectos, el metodo es tipicamente como se describe con referencia a las Figuras 1-10.

En la implementacion de la invencion, se observa que la instalacion de escala completa y la prueba de carga de modulo de campo se realizaron utilizando la modalidad de las Figuras 1-10 comparada a un sistema tal como se describe en la

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45

Patente de Estados Unidos No. 7,226,246. En el planteamiento de las pruebas conducidas, se hace referencia a la Figura 18 la cual es una grafica que ilustra los resultados de una comparacion de prueba de carga de modulo entre un dispositivo tal como aquel ilustrado en las Figuras 1-10 comparado a un dispositivo tal como aquel dado a conocer en la Patente de Estados Unidos No. 7,226,246.

Ejemplo

La Figura 18 muestra los resultados de prueba para dos pilotes, uno construido utilizando un metodo similar a aquel descrito en la Patente de Estados Unidos No. 7,226,246 y uno construido utilizando la invencion. Ambos pilotes se construyeron utilizando mandriles con cabezas de 35,56 centimetres (14 pulgadas) de diametro y utilizando el metodo de 0,91 (3 pies) arriba y 0,61 metros (2 pies) abajo (como se describe anteriormente en este documento). La grafica de la Figura 18 muestra que el pilote construido con un mandril tal como aquel de las Figuras 1-10 es mas ngido que uno construido utilizando un sistema tal como aquel de la Patente de Estados Unidos No. 7,226,246. Mas particularmente, la grafica muestra la tension de la parte superior del pilote en el eje x con la deflexion de la parte superior del pilote en el eje y. Las mediciones de volumen hechas durante la construccion mostraron que el diametro del pilote promedio utilizando el sistema de acuerdo con la invencion fue 20% mayor que aquel que utiliza el sistema de la Patente de Estados Unidos referenciada.

En la conduccion de las pruebas, el agregado utilizado para ambos sistemas para el pilote de prueba de carga de modulo consistio de grava de piedra caliza triturada que tiene un tamano de particula nominal que vana de aproximadamente 1,27 centimetres a aproximadamente 3,18 centimetres (0,50 a aproximadamente 1,25 pulgadas). La grafica de la Figura 18 muestra una comparacion paralela donde los dos pilotes se instalaron a una profundidad de 5,18 a 5,79 metros (17 a 19 pies) abajo de la superficie del terreno. La superficie del terreno consistio de arena de particula granulada fina a media y con poco o nada de limo.

Las pruebas de carga de modulo se prepararon al colocar una tapa de concreto sobre la parte superior de los pilotes. Se instalo la tapa de concreto tal que se formo un fondo de la tapa de 61 centimetres (24 pulgadas) abajo de la superficie del terreno y la parte superior de la tapa se nivelo apropiadamente con la superficie del terreno. La tapa fue de 61 centimetres (24 pulgadas) en diametro tal que se confino el area superficial completa de la parte superior de los pilotes. Las pruebas se realizaron al aplicar cargas incrementales a la parte superior de las tapas de concreto. Se utilizo una estructura de compactacion hidraulica y de reaccion de carga para aplicar las cargas.

La tabla de la Figura 18 muestra la tension en la parte superior del pilote con la deflexion de la parte superior del pilote. La tension se determina al dividir la carga de prueba en cada incremento de carga por el area de la tapa de concreto. Se determino la deflexion de la parte superior del pilote utilizando calibradores comparadores sobre la parte superior de la tapa de concreto. Los calibradores comparadores se calibraron para obtener una exactitud de 0,0025 centimetres (0,001 pulgadas). Los calibradores comparadores se montaron a vigas referenciadas que se soportaron independientemente de la estructura de reaccion.

Como se puede apreciar a partir de una revision de la tabla de la Figura 18, los resultados de prueba indicaron que para los pilotes instalados a profundidades similares y condiciones de suelo similares que utilizan composiciones de agregado similares, el sistema de acuerdo con la invencion, como se ilustra en las Figuras 1-10 demostro rigidez mas alta cuando se compare con los pilotes instalados utilizando el sistema de la patente mencionada anteriormente. Esta comparacion se hizo con la rigidez definida como la tension en la parte superior del pilote dividida por la deflexion de la parte superior del pilote en la parte superior correspondiente de la tension del pilote.

Claims

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60

65

Reivindicaciones

1. Un sistema para construir pilotes de agregado, que comprende:

un mandril (1) que tiene una la porcion superior (9) y una cabeza apisonadora (2), y un pasaje que se extiende a traves del mismo para alimentar el agregado a traves del mandril a la cabeza apisonadora; y dicha cabeza apisonadora se abre para proporcionar un pasaje para que el agregado pase a traves de la cabeza apisonadora fuera del mandril, y tiene una pluralidad de miembros estructurales (6) conectados a esta para permitir el flujo sustancialmente libre de agregado a su traves cuando el mandril se eleva durante el funcionamiento, y para prevenir que el flujo agregado regrese al mandril durante el apisonamiento hacia abajo.
2. El sistema de la reivindicacion 1, en donde dichos miembros estructurales (6) comprenden limitadores de flujo mecanicos moviles que se mueven para bloquear el pasaje de la cabeza apisonadora (2) en el mandril (1) e impide que el agregado fluya en el mandril durante el apisonamiento.
3. El sistema de la reivindicacion 2, en donde dichos limitadores de flujo mecanicos (6) comprenden cadenas unidas para extenderse hacia abajo alrededor de una pared interna de la cabeza apisonadora (2).
4. El sistema de la reivindicacion 1, en donde dichos miembros estructurales comprenden limitadores de flujo pasivos(16) que impiden del flujo de agregado de regreso al mandril (1) durante el apisonamiento.
5. El sistema de la reivindicacion 4, en donde dichos limitadores de flujo pasivos (16) son miembros que se extienden sustancialmente horizontalmente fijados alrededor de una pared interior de la cabeza apisonadora (2) alrededor de una periferia interior de esta.
6. El sistema de la reivindicacion 5, en donde dichos miembros que se extienden sustancialmente horizontalmente tienen una superficie superior inclinada desde aproximadamente 0 grados con respecto a la horizontal hasta aproximadamente 60 grados hacia abajo desde la horizontal.
7. El sistema de la reivindicacion 1, 2 o 4, que comprende ademas una placa de accionamiento (3) acoplable con la cabeza apisonadora (2) para evitar que el suelo entre en el mandril (1) durante su accionamiento hasta una profundidad predeterminada.
8. El sistema de la reivindicacion 1, en donde dicha porcion superior del mandril (9) y la cabeza apisonadora (2) son una sola unidad unitaria de diametro exterior uniforme.
9. El sistema de la reivindicacion 1, en donde dicha porcion superior del mandril (9) y la cabeza apisonadora (2) son dos unidades separadas conectadas juntas.
10. El sistema de la reivindicacion1 o 9, en donde dicha cabeza apisonadora (2) es de diametro mayor que dicha porcion superior (9).
11. Un metodo para construir pilotes de agregado que comprende el uso de un mandril (1) que tiene una porcion

superior (9) y una cabeza apisonadora (2), la porcion superior y la cabeza apisonadora para permitir el flujo de

agregado a traves del mismo, el metodo comprende:

proporcionar una pluralidad de miembros estructurales (6) conectados dentro de la cabeza apisonadora en una configuracion para permitir que el agregado permanezca en la cavidad formada al conducir el mandril, y para permitir un flujo libre de agregado sustancialmente sin obstaculos a traves de la cabeza apisonadora cuando el mandril se eleva durante el la operacion; y

evitar que el agregado fluya de regreso al mandril durante las operaciones de apisonamiento mediante el acoplamiento entre dichos miembros estructurales y dicho agregado.
12. El metodo de la reivindicacion 11, que comprende ademas alimentar agregado a dicha cabeza apisonadora (2) y conducir el mandril (1) a una profundidad deseada.
13. El metodo de la reivindicacion 11, que comprende ademas acoplar una placa de sacrificio (3) con la cabeza

apisonadora (2) para cerrar el flujo en la cabeza apisonadora, y conducir el mandril (1) a una profundidad

deseada.
14. El metodo de la reivindicacion 13, en donde dicha placa de sacrificio (3) se libera de la cabeza apisonadora (2) tras conducirla a dicha profundidad deseada.
15. El metodo de la reivindicacion 12 o 14, que comprende ademas alimentar agregado en el mandril (1) cuando el mandril esta a la profundidad deseada, elevar el mandril para permitir que permanezca dicho agregado, apisonar el agregado descargado y repetir dichas etapas hasta que se construyan los pilotes de agregado.

10

15

20
16. El metodo de la reivindicacion 15, en donde dicho agregado es uno de piedra, concreto reciclado, asfalto reciclado, escoria, arena, vidrio.
17. El metodo de la reivindicacion 11, en donde dichos miembros estructurales (6) comprenden limitadores de flujo mecanicos moviles que se mueven para bloquear el pasaje de la cabeza apisonadora en el mandril evitando que el agregado fluya en el mandril durante el apisonamiento.
18. El metodo de la reivindicacion 17, en donde dichos limitadores de flujo (6) mecanicos comprenden cadenas unidas alrededor de una pared interna de la cabeza apisonadora para extenderse hacia abajo.
19. El metodo de la reivindicacion 11, en donde dichos miembros estructurales comprenden limitadores de flujo

pasivos (16) que impiden que el flujo de agregado en el mandril durante el apisonamiento.
20. El metodo de la reivindicacion 19, en donde dichos limitadores de flujo pasivos (16) son miembros que se

extienden sustancialmente horizontalmente alrededor de una periferia interior de la cabeza apisonadora.
21. El metodo de la reivindicacion 20, en donde dichos miembros que se extienden sustancialmente horizontalmente tienen una superficie superior inclinada de aproximadamente 0 grados con relacion a la horizontal a aproximadamente 60 grados hacia abajo desde la horizontal.