ES2835058T3 - Procedimiento y sistema para la compactación de suelos - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la compactación de suelos en el que una herramienta vibratoria (12) es hundida en el suelo (10) y, durante la compactación, es medida una pluralidad de variables del estado de la herramienta vibratoria (12) con sensores (20) como datos medidos (36) y, a este respecto, al menos algunos de los sensores (20) son integrados en la herramienta vibratoria (12), y efectuándose una transmisión de los datos medidos (36) de los sensores (20) a un equipo de control (26), el equipo de control (26) realiza un cotejo de los datos medidos (36) de los sensores (20) con los datos de medición esperados, representando los datos de medición esperados al menos una variable de estado del suelo (10) y describiendo un estado meta definido del suelo que debe alcanzarse en el procedimiento, caracterizado porque los datos de medición esperados son determinados en una simulación realizada por el equipo de control (26) que describe una interacción de la herramienta vibratoria (12) y del suelo (10) con unos parámetros de suelo dados.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y sistema para la compactación de suelos

La invención se refiere a un procedimiento para la compactación de suelos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un sistema para la compactación de suelos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 6.

Antecedentes tecnológicos

El experto está familiarizado con diferentes procedimientos y dispositivos para la compactación de suelos. Uno de estos procedimientos que es bien conocido es el llamado temblor profundo. A este respecto, una herramienta, por ejemplo, un conjunto de lanza vibradora, se pone en oscilación por vibración u oscilación y se hunde en el suelo y se extrae de nuevo varias veces a ciertos intervalos. El suelo ya se compacta por el desplazamiento cuando el juego de lanza vibradora penetra en él. El efecto de compactación aumenta considerablemente con la introducción de energía mecánica por medio de un vibrador al entrar o salir del suelo.

Debido a las vibraciones del conjunto de lanza vibradora, la fuerza de fricción entre los granos individuales del suelo se reduce durante un corto tiempo con el apoyo de aire y/o agua. Como resultado de la gravedad, los granos del suelo pasar así a un estado de sedimentación más compacto. De esta manera, las cavidades existentes en el suelo pueden reducirse en tamaño o cerrarse completamente. Se produce una sedimentación más compacta del suelo. Los espacios porosos entre los granos del suelo disminuyen. Este procedimiento también se llama vibrocompactación. El resultado es un suelo más denso y consolidado que es adecuado para soportar cargas más altas y es menos sensible a la deformación.

Dado que, como consecuencia de la compactación, se produce una reducción de volumen, ésta debe ser compensada a menudo mediante adición de material de relleno. Si esto se lleva a cabo con el objetivo de fabricar columnas a partir del material suministrado, se habla de un procedimiento de apisonamiento vibratorio. El procedimiento de apisonamiento vibratorio es particularmente adecuado para materiales de suelo con una proporción muy alta de grano fino. Con tales materiales, a menudo ya no es posible compactar el subsuelo en sí mismo en un grado suficiente. En el procedimiento de presión vibratoria o apisonamiento vibratorio se trabaja generalmente en etapas alternas. Primero se hunde el conjunto de una lanza vibratoria en el suelo y como apoyo del proceso opcionalmente se añade agua y/o aire a presión. A continuación, se efectúa una retirada parcial, reposo, nueva retirada y nuevo reposo, etc., correspondientemente a una distancia definida y una duración del reposo fijada del conjunto de lanza vibratoria. La adición de fluido (por regla general una mezcla de agua y aire) refuerzan la movilización del material del suelo durante las diferentes fases de la operación de compactación. La alimentación continua de material de relleno en el espacio liberado por debajo y alrededor de la punta vibratoria garantiza la compensación del déficit de volumen que se genera por los reordenamientos. El material de relleno puede ser arena, grava, piedra triturada u hormigón. El procedimiento por etapas produce sucesivamente una columna rellena. Este procedimiento también es conocido como el procedimiento de compactación por tongadas. Las columnas hundidas en una trama definida forman un bloque de volumen de suelo compactado. En áreas más grandes, una pluralidad de columnas de apisonamiento de 70 m de profundidad o más pueden ser utilizadas para crear grandes áreas compactadas. El área puede tener así cualquier tamaño.

Un reto consiste en determinar cuándo el suelo ha alcanzado un grado suficiente de compactación en una zona definida de la columna que se debe compactar. Esta determinación es necesaria para poder sopesar cuándo se puede terminar la respectiva etapa de procedimiento. Dado que las grandes áreas requieren una pluralidad de columnas de apisonamiento o posiciones de trabajo, se intenta minimizar la duración del procedimiento por cada posición de trabajo, de tal modo que la duración total del procedimiento mantenga los costes dentro de un marco económico. Simultáneamente, sin embargo, la duración del procedimiento por cada posición de trabajo tampoco debe seleccionarse demasiado escasa para garantizar que el suelo esté suficientemente compactado. Otro reto consiste en una mejora del proceso de la compactación del suelo en sí. Un importante factor de influencia es en este caso que se efectúe un aporte de energía definido y eficiente al suelo.

La patente DE 19822290 C2 enseña un procedimiento para la compactación por presión vibratoria y apisonamiento vibratorio mediante adición de medios con un vibrador controlado por proceso. El procedimiento se caracteriza por que los medios alimentados se utilizan tanto para el accionamiento del vibrador como para cambiar la disposición del material que se ha de compactar.

Además, en la patente DE 27 20 160 A1 se enseña a crear una posibilidad de adaptación de las características de la máquina del vibrador a las diferentes condiciones geológicas y mecánicas del suelo. La variación de las características de la máquina puede alcanzarse mediante una variación de la frecuencia o de la fuerza centrífuga del vibrador o mediante una combinación de las dos posibilidades. En la patente DE 10146342 B4 se desvela un procedimiento para la determinación de la compactación del suelo. El procedimiento prevé medir la aceleración radial del vibrador para determinar la amplitud del vibrador y la frecuencia orbital y la posición de profundidad del vibrador. El procedimiento prevé así calcular la compactación a partir de la amplitud del vibrador, teniendo en cuenta las características del suelo dependientes de la tensión.

Las patentes DE 199 30 885 C2 y DE 198 59 962 C2 describen otros procedimientos para la compactación de suelos por medio de vibradores profundos de los que se extraen conclusiones sobre el grado de compactación del suelo evaluando los parámetros del vibrador profundo.

Finalmente, la patente DE 199 28 692 C1 (Fellin 1999) describe un procedimiento para el control en línea de la compactación de un suelo en el que se realiza una medición continua de un ángulo de inclinación, así como de una desviación horizontal de la punta de un vibrador y de un ángulo de avance de un desequilibrio del vibrador. A partir de ello, se determina la compactación de la sedimentación del suelo. El procedimiento se prosigue hasta que se alcanzan los valores deseados de la compactación. La patente DE 19628769 A1 desvela un equipo y un procedimiento para la compactación profunda de material cohesivo y no cohesivo. Está previsto que una herramienta vibratoria esté equipada con sensores. Los resultados de medición de los sensores se transmiten. Un sistema de control electrónico compara los datos de medición medidos por medio de los sensores con datos de medición proporcionados por mediciones sísmicas.

El objetivo de la presente invención consiste, pues, en indicar un procedimiento alternativo para la compactación de suelos y un correspondiente sistema en el que la compactación se desarrolle de manera más eficiente y rápida y, además, sea posible una determinación más exacta del momento en el que se ha alcanzado el estado de compactación deseado.

El objetivo se soluciona mediante los objetos con las características de las reivindicaciones independientes 1 y 6.

Resumen de la invención

Un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la compactación de suelos en el que una herramienta vibratoria es hundida en el suelo y, durante la compactación, una pluralidad de variables de estado de la herramienta vibratoria son medidas con sensores y, a este respecto, al menos algunos de los sensores están integrados en la herramienta vibratoria, efectuándose además una transmisión de datos de medición de los sensores a un equipo de control. De acuerdo con la invención está previsto que el equipo de control realice un cotejo de los datos medidos por los sensores con los datos de medición esperados. Los datos de medición esperados se determinan en una simulación que describe una interacción de la herramienta vibratoria y del suelo con unos parámetros de suelo dados. Los datos de medición esperados representan de acuerdo con la invención al menos una variable del estado del suelo y describen un estado meta definido del suelo que debe alcanzarse en el procedimiento. Los datos de medición registrados representan las respectivas características reales de la variable o variables del estado del suelo que rodea la herramienta vibratoria, y están en relación con las propiedades reales del suelo.

Las variables de estado reales cambian durante el proceso partiendo de un estado de partida del suelo circundante de manera continua hacia el estado meta definido.

Los datos de medición esperados, que representan, por ejemplo, los parámetros mecánicos del suelo del estado meta definido, se comparan continuamente de acuerdo con la invención con los datos de medición registrados hasta alcanzar el estado meta.

Cuando se alcanza el estado meta definido, se concluye automáticamente el respectivo nivel del proceso y se comienza con el siguiente nivel del proceso.

El término de variable de estado, en el contexto de la presente invención, comprende variables de estado tanto extensivas como intensivas. El experto sabe que las variables de estado extensivas se caracterizan porque dependen de un número de elementos de sistema del sistema observado (por ejemplo, volumen). Las variables de estado intensivas, por el contrario, son independientes del número de los elementos de sistema del sistema observado (por ejemplo, temperatura).

Como variables de estado de la herramienta vibratoria se miden preferentemente la posición, la velocidad, la amplitud de la vibración, la desviación en dirección vertical y la aceleración en el área de la punta del vibrador, así como en un área por encima de un motor de accionamiento para un desequilibrio. El término por encima se refiere en este caso a un lado del motor de accionamiento que está orientado hacia un tubo pesado de un conjunto de lanza.

Además, se registran preferentemente, por ejemplo, las temperaturas de los cojinetes de desequilibrio(s) y de los motore(s).

Además, se registran preferentemente un par de torsión y una frecuencia de motor y un ángulo de rotación del motor de accionamiento. La temperatura de un aceite para lubricar los cojinetes del motor de accionamiento y, si es necesario, el desequilibrio cuenta también preferentemente entre las variables de estado de la herramienta vibratoria. Las temperaturas de otros elementos de la herramienta vibratoria también son registradas preferentemente. Preferentemente, es registrada una corriente de prueba de la herramienta vibratoria, entre otras cosas, para determinar una resistencia eléctrica del suelo. Otras variables de estado preferentemente registradas de la herramienta vibratoria son, por ejemplo, las presiones y los caudales volumétricos de los fluidos conducidos a través de la herramienta, tales como agua o aire, así con una carga teórica en el vibrador (carga residual o carga de gancho). Los ejemplos mencionados de variables de estado de la herramienta vibratoria no son exhaustivos y pueden adaptarse a las diferentes necesidades. El experto competente lleva a cabo estas medidas de una manera autónoma en función de las variables de estado que necesite para inferir a partir de ello determinadas variables del estado del suelo. Preferentemente, una pluralidad de sensores, con los que se miden estas variables de estado, están integradas en la herramienta vibratoria. Estos sensores pueden ser sensores de aceleración, sensores de temperatura, sensores de corriente, así como sensores para el registro de presiones de fluido y caudales volumétricos. Algunos sensores también pueden estar integrados en un aparato de soporte de la herramienta vibratoria. En este caso, habría que nombrar, por ejemplo, los sensores para el registro de una profundidad del vibrador o también de una carga de gancho. Los datos de medición de los sensores son transmitidos al equipo de control por medio de un conducto adecuado para la transmisión de la información, por ejemplo, por medio de un cable de fibra óptica. Los datos de medición esperados, con los que se comparan los datos de medición de los sensores, son determinados de acuerdo con la invención a partir de una simulación que describe una interacción de la herramienta vibratoria y del suelo con unos parámetros de suelo dados. Los datos de medición esperados se basan en una interacción entre la herramienta vibratoria y el suelo, describiéndose el estado de la herramienta vibratoria de la manera más completa posible y fiel a la realidad con ayuda de las variables de estado de la herramienta vibratoria, y extrayéndose a partir de ello, conociendo las características del suelo en cuestión, un estado resultante del suelo también lo más completo posible y fiel a la realidad con ayuda de variables del estado del suelo. Preferentemente, se mantienen listos datos de medición esperados que representan una pluralidad de variables de estado del suelo.

Tales variables intensivas y extensivas del estado del suelo pueden ser, por ejemplo, un tamaño del grano, una densidad de sedimentación, un grado de compactación, una temperatura, una conductividad eléctrica, un contenido de agua, una consistencia y otras variables del estado del suelo conocidas por el experto. En ello reside también, por ejemplo, una mejora esencial con respecto a la patente anteriormente mencionada DE 19928692 C1, que describe exclusivamente un método para el control de la densidad de sedimentación. Por el contrario, el presente procedimiento de acuerdo con la invención ofrece la posibilidad de ajustar el estado del suelo de una manera mucho más amplia. Para ello, con respecto a la patente DE 199 28 692 C1, también se registra una pluralidad de datos de medición adicionales en la herramienta vibratoria como, por ejemplo, la temperatura.

El procedimiento de acuerdo con la invención ofrece la ventaja de que, mediante la inclusión de muchas variables de estado de la herramienta vibratoria y de una determinación de muchos datos de medición esperados para el suelo presente en cada caso, cuando este interacciona en el procedimiento de acuerdo con la invención con la herramienta vibratoria, se pueden inferir conocimientos amplios y muy extensos sobre el estado del suelo realmente presente en el transcurso del procedimiento. Los conocimientos se aprovechan ventajosamente para realizar la compactación del suelo de manera eficiente y rápida. Además, es posible una determinación exacta del momento en el que el suelo alcanza el estado deseado.

En un diseño preferente del procedimiento de la invención, está previsto que el equipo de control realice sobre la base del cotejo un control y/o regulación de la compactación del suelo hacia las variables meta que se pretende alcanzar.

Esto ofrece la ventaja de que se incrementa significativamente la eficiencia del procedimiento. En investigaciones se ha puesto de manifiesto que, con el procedimiento de acuerdo con la invención, por cada operación de compactación en una posición de trabajo se da un efecto de ahorro de costes considerable con respecto a un procedimiento convencional. Dado que la compactación por regla general se efectúa en una pluralidad de posiciones de trabajo, se consigue una reducción significativa del tiempo total del procedimiento.

Como variable de regulación sirve, en este caso, una desviación de los datos medidos de los sensores con respecto a los datos de medición esperados. Sobre la base de las variables de regulación determinadas por medio de la correlación entre datos de medición registrados y esperados se efectúa, por tanto, el control o también la regulación del proceso de compactación.

Este principio puede ser ejemplificado de la siguiente manera. Por ejemplo, con los sensores puede ser registrada una aceleración transversal de la punta del vibrador. Paralelamente a ello, se puede registrar, por ejemplo, un caudal volumétrico y una presión de un fluido alimentado al suelo por medio de la herramienta vibratoria. Los fluidos elevan en este caso, por ejemplo, la movilidad del suelo. La movilidad del suelo a su vez se puede deducir de los datos de medición registrados por los sensores o a partir del perfil de aceleración transversal de la punta del vibrador. Si este perfil de aceleración transversal se desvía ahora de un perfil de aceleración transversal esperado con un suministro definido de fluido, la presión y el volumen volumétrico del fluido pueden ser controlados correspondientemente hasta que el perfil de aceleración transversal se corresponda con el perfil de aceleración transversal esperado. Por tanto, indirectamente es modificada la movilidad del suelo conscientemente, ya que esto también cambia como resultado del cambio en el suministro del fluido. Básicamente, en este caso se presenta una regulación del proceso en cascada con varias variables de regulación (perfil de aceleración transversal, movilidad del suelo) y variables de ajuste (presión y caudal volumétrico del fluido). Según este principio, se puede optimizar, por ejemplo, también un aporte de energía al suelo y, sobre la base del aporte de energía esperado, que puede servir como medida de la densidad de sedimentación del suelo, determinar un punto final para el proceso de compactación.

Para la simulación de la interacción de la herramienta vibratoria con el suelo es utilizada preferentemente una simulación multicuerpo. Para la simulación de la propagación de las ondas en el suelo es utilizada preferentemente una simulación del continuo. Para una descripción holística del procedimiento, preferentemente se combinan entre sí ambas simulaciones. Esto es particularmente ventajoso para simular el aporte de energía al suelo. El objetivo a este respecto es lograr la simulación de procesos lo más realista posible. Los parámetros de suelo necesarios pueden determinarse, por ejemplo, en el marco de exámenes del suelo y/o empíricamente.

En otro diseño preferente del procedimiento de la invención, está previsto que los parámetros del suelo de la simulación se adapten evaluando los datos medidos de los sensores y que se repita la simulación al menos una vez.

Preferentemente, antes de la primera realización del procedimiento con un determinado suelo se efectúa una verificación y calibrado de la simulación específica del proyecto. En caso de desviaciones importantes, el modelo subyacente puede ser revisado correspondientemente. Además, se efectúa preferentemente una verificación de plausibilidad del cotejo de los datos medidos por los sensores con los datos de medición esperados. Por ejemplo, se pueden utilizar algoritmos adecuados de verificación de plausibilidad para determinar si una consolidación abrupta del suelo no se basa en el éxito del procedimiento realizado, sino, por ejemplo, en una piedra grande situada en la trayectoria o también un suelo más densamente sedimentado. En este sentido, por ejemplo, sensores de aceleración y sensores de temperatura en la herramienta vibratoria pueden ofrecer correspondientes datos de medición. Mediante una combinación inteligente de los datos medidos, puede ser determinado rápidamente si el suelo está sedimentado densamente o si únicamente lo que hay es una piedra.

En otro modo del procedimiento de la invención está previsto que la simulación sea efectuada en tiempo real.

El término de tiempo real en el contexto de la presente invención significa que el procedimiento para la compactación de suelos de la invención es controlado o regulado en tan poco tiempo que en la práctica es posible una reacción suficientemente rápida a los datos de medición cambiantes de los sensores o a los resultados de la comparación de los datos medidos con los datos de medición esperados. Un ciclo de regulación es recorrido a este respecto preferentemente 30.000 veces por segundo, de tal modo que es creada una frecuencia de regulación.

Esto ofrece la ventaja de que también puede ser efectuado un control o regulación de la compactación del suelo en tiempo real. La eficiencia del procedimiento aumenta así significativamente.

En un modo preferente del procedimiento de la invención, está previsto que sea alimentado el suelo con uno o varios fluidos y/o con material de relleno.

Esto ofrece la ventaja de que se puede controlar de manera muy exacta la adición de los fluidos o el material de relleno. El procedimiento de acuerdo con la invención se puede llevar a cabo, por tanto, ventajosamente como procedimiento de apisonamiento vibratorio y también como procedimiento de presión vibratoria.

Otro aspecto de la invención se refiere a un sistema para la compactación de suelos que comprende al menos una herramienta vibratoria que puede ser hundida en el suelo, una pluralidad de sensores que están configurados para medir variables de estado de la herramienta vibratoria durante la compactación, estando integrados al menos algunos de los sensores en la herramienta vibratoria, así como un equipo de control. De acuerdo con la invención está previsto que el equipo de control esté configurado para realizar un cotejo de los datos medidos por los sensores con los datos de medición esperados, representando los datos de medición esperados al menos una variable del estado del suelo. El equipo de control está configurado de acuerdo con la invención de tal modo que puede ser realizada una simulación de una interacción de la herramienta vibratoria y del suelo con determinados parámetros de suelo dados y determinarse los datos de medición esperados a partir del resultado de la simulación. El sistema de la invención está configurado en particular para realizar el procedimiento de acuerdo con la invención para la compactación de suelos de acuerdo con la anterior descripción. Todas las características y ventajas técnica desveladas del procedimiento de acuerdo con la invención se aplican mutatis mutandis al sistema de la invención.

En un diseño preferente del sistema de la invención, está previsto que el equipo de control esté configurado de tal modo que, sobre la base del cotejo, se implemente un control y/o regulación de la compactación del suelo en la medida deseada.

De acuerdo con la invención está previsto que el equipo de control esté configurado para adaptar los parámetros de suelo de la simulación evaluando los datos medidos de los sensores y preferentemente luego repetir la simulación al menos una vez.

En un diseño preferente del sistema de la invención está previsto que el equipo de control esté configurado para realizar la simulación en tiempo real.

En cuanto a la capacidad en tiempo real del sistema de la invención, el propio experto competente puede seleccionar los componentes técnicos del sistema como, por ejemplo, equipos de computación y vías de transmisión de datos.

En un modo preferente del sistema de la invención está previsto que dicho sistema comprenda otros agentes que estén configurados para alimentar al suelo al menos con uno o con varios fluidos y/o con material de relleno.

Breve descripción de las figuras

La invención se describe con más detalle a continuación con ayuda de un ejemplo de realización preferente y los correspondientes dibujos. Las figuras se refieren todas al mismo ejemplo de realización preferente, de tal modo que las referencias son válidas correspondientemente para todas las figuras y en la descripción de la correspondiente figura, en caso necesario, se hace referencia a diferentes figuras. Las figuras muestran:

la Figura 1 un sistema de acuerdo con la invención para la compactación de suelos;

la Figura 2 un procedimiento de acuerdo con la invención para la compactación de suelos con ayuda del sistema de acuerdo con la invención;

la Figura 3 una herramienta vibratoria del sistema de acuerdo con la invención y

la Figura 4 un esquema de bloques de una etapa del proceso para la compactación del suelo dentro del procedimiento de acuerdo con la invención para la compactación de suelos.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra un sistema de acuerdo con la invención para la compactación de suelos. La figura 1 contiene una vista general de los elementos de sistema más importantes. Así, el sistema de acuerdo con la invención comprende una herramienta vibratoria 12 que puede ser hundida en el suelo 10. La herramienta vibratoria 12 está configurada en este caso como un conjunto de lanza vibratoria 14. Esta comprende un tubo pesado 16, así como un vibrador 18. Una estructura detallada de la herramienta vibratoria 12 se representa en la figura 3.

Además, el sistema de la invención comprende una pluralidad de sensores 20. Algunos de los sensores 20 están integrados en la herramienta vibratoria 12. A su vez, algunos de los sensores 20 están integrados en un aparato de soporte 22 para la herramienta vibratoria 12. Los sensores 20 están configurados para medir variables del estado de la herramienta vibratoria 12 antes, durante y después de la compactación, A modo puramente de ejemplo, se han mencionado en este caso un sensor para el registro de una profundidad de vibrador 24 en el aparato de soporte 22 y un sensor GPS 25 para la determinación de una posición espacial de una punta del aparato de soporte 22. El sistema comprende, además, un equipo de control 26. El equipo de control 26 está configurado para realizar un cotejo de los datos medidos de los sensores 20 con los datos de medición esperados. Los datos de medición esperados representan a este respecto variables de estado del suelo 10.

La figura 2 muestra un procedimiento de acuerdo con la invención para la compactación de suelos con ayuda del sistema de acuerdo con la invención de la figura 1. En una primera etapa de procedimiento, en primer lugar, es proporcionado el aparato de soporte 22 con la herramienta vibratoria 12. Además, es proporcionado un vehículo de transporte adecuado 28 que se requerirá en el transcurso del procedimiento para alimentar al suelo 10 con un material de relleno 30. Preferentemente, ya en la primera etapa de procedimiento se comienza a medir con los sensores 20 una pluralidad de variables del estado de la herramienta vibratoria 12 y, por medio de cables de datos apropiados 34, que pueden ser alámbricos o inalámbricos, son transmitidos al equipo de control 26. El equipo de control 26 comienza entonces a comparar los datos de medición 36 suministrados por los sensores 20 con los datos de medición esperados.

Los datos de medición esperados son determinados en una simulación. Los datos de medición esperados describen una interacción de la herramienta vibratoria 12 y del suelo 10 con unos parámetros de suelo dados. En la primera etapa de procedimiento aún no tiene lugar ninguna interacción significativa entre la herramienta vibratoria 12 y el suelo 10. La simulación puede contener, por tanto, datos de medición esperados en forma de señales de inactividad esperadas de los sensores 20.

En una segunda etapa del procedimiento la herramienta vibratoria 12 es hundida en el suelo 10. Esta operación se ha simulado previamente al menos una vez. Por ejemplo, con ayuda de un sello temporal que marca el comienzo de la interacción entre el suelo 10 y la herramienta vibratoria 12 en la simulación, son proporcionados correspondientes datos de medición esperados de la simulación simultáneamente con el comienzo del proceso del hundimiento real. Mediante cotejo de los datos de medición 36 realmente recabados por los sensores 20 durante el proceso de hundimiento real con los datos de medición esperados 36 durante el proceso de hundimiento real, es determinado en qué medida el proceso de compactación real se corresponde con el proceso de hundimiento simulado. En caso de divergencias, el equipo de control 26 está configurado para transmitir correspondientes señales de control 38 al aparato de soporte 22 y la herramienta vibratoria 12 para el control o regulación de un proceso de hundimiento rápido.

Además, el equipo de control 26 realiza permanentemente una verificación de plausibilidad que se refiere a una posible divergencia de los datos medidos 36 con respecto a los datos de medición esperados. Si el suelo 10 presenta, por ejemplo, por zonas realmente otros parámetros de suelo de los que se han establecido sobre la base de la simulación, los correspondientes algoritmos de verificación de plausibilidad detectan una desviación sistemática. Los parámetros de suelo de la simulación son entonces adaptados y la simulación es repetida al menos una vez. Así, los datos de medición esperados pueden ser corregidos iterativamente. De este modo, puede ser realizada, por ejemplo, también una verificación y calibración de la simulación y de la regulación de la compactación del suelo 10 de manera específica para el proyecto en el marco de una primera operación de compactación. La primera operación de compactación puede ser, por ejemplo, la primera operación de hundimiento mostrada en la segunda etapa de procedimiento.

En una tercera etapa del procedimiento, tras alcanzarse una profundidad de hundimiento, se alimenta material de relleno 30 y comienza la operación de compactación. La tercera etapa de procedimiento puede efectuarse iterativamente en el procedimiento por tongadas. Mediante el cotejo continuo de los datos medidos 36 con los datos de medición esperados es detectado cuándo el material de relleno 30 y el suelo circundante 10 han alcanzado un estado deseado. Los parámetros de suelo comprenden también las propiedades del material de relleno 30.

En una cuarta etapa del procedimiento mostrada se ha concluido el procedimiento para la compactación del suelo 10 en una posición de trabajo 40. Por regla general, se trata a este respecto de una de muchas posiciones de trabajo en las que en el procedimiento se compacta el suelo 10.

La figura 3 muestra la herramienta vibratoria 12 del sistema de acuerdo con la invención en una vista detallada. La herramienta vibratoria 12 está constituida como un conjunto de lanza vibratoria 14. Comprende un tubo pesado 16 y un vibrador 18. La herramienta vibratoria 12 comprende, además, un motor de accionamiento 42 para un desequilibrio 44 que está integrado en el cabezal del vibrador 18. En la herramienta vibratoria 12 está integrada una pluralidad de sensores 20. En la zona de una punta del vibrador 46, están integrados unos sensores de aceleración 48 para la medición de aceleraciones transversalmente a la punta del vibrador 46 en dos grados de libertad. Además, están previstos allí unos sensores de temperatura 50 con los que se puede medir la temperatura de un aceite, así como de un cojinete de desequilibrio 52. En la zona del motor de accionamiento 42 están previstos unos sensores de par de torsión 52 y otros sensores de temperatura 50 para la medición de la temperatura en un cojinete de motor 54. En un lado del motor de accionamiento 42 que está orientado hacia el tubo pesado 16 del conjunto de lanza 14, están previstos otros sensores 20 en forma de sensores de aceleración 48, sensores de posición 56, sensores para medir una frecuencia y un ángulo de rotación 58 del motor de accionamiento 42, así como otros sensores de temperatura 50 para medir la temperatura en otro cojinete de motor 60. Los datos de medición 36 de los sensores 20 son transmitidos por medio de un cable de datos 34 desde la herramienta vibratoria 12 al equipo de control 26 para su posterior procesamiento. La figura 4 muestra un esquema de bloques del procedimiento de acuerdo con la invención. Si se utilizan referencias de la anterior descripción, se hace referencia puramente a modo de ejemplo a las correspondientes figuras que contienen la referencia. La numeración de las etapas parciales es válida exclusivamente para la figura 4.

Lo que se muestra en este caso es un fragmento del procedimiento para la compactación de suelos en forma de una etapa de proceso individual dentro de la compactación. Al comienzo de la etapa de proceso (etapa parcial 1) mostrada en el esquema de bloques, se presentan variables de estado 62 del suelo 10 determinadas mediante técnicas de medición que se cargan en la etapa parcial 2, por ejemplo, en el equipo de control 26. Además, en la etapa parcial 1, se presentan los datos de medición 36 suministrados por los sensores 20 con respecto a las variables del estado de la herramienta vibratoria 12, que también se cargan en la etapa parcial 2 en el equipo de control 26. La suma de las variables del estado 62 del suelo 10 determinadas mediante técnicas de medición describe el estado real del suelo 62 en las etapas parciales 1 y 2 antes de la compactación. Conociendo el estado real del suelo 62 y de la herramienta vibratoria 12 ya antes del comienzo de la etapa parcial 1 se ha determinado una función objetivo 66. La función objetivo 66 puede ser creada por adelantado sobre la base de una interacción esperada de la herramienta vibratoria 12 con el suelo 10. Son conocidos estados de partida de la herramienta vibratoria 12 y del suelo 10. Un estado meta del suelo 10 es elegido de manera libre.

Mediante simulación de la compactación pueden predecirse cambios de estado de la herramienta vibratoria 12 y del suelo 10. La función objetivo 66 obtiene entonces como base de datos las características que deben generarse a lo largo del tiempo de las variables de estado del suelo 10 en forma de datos de medición esperados 68 que proporciona la herramienta vibratoria 12 durante la interacción con el suelo a lo largo del tiempo. La función objetivo 66 también contiene para ello las señales de control necesarias 38 para la herramienta vibratoria 12. Estos datos de la función objetivo 66 también son cargados en la etapa parcial 2 en el equipo de control 26.

En la etapa parcial 3 es efectuado después el procesamiento del suelo 10 con la herramienta vibratoria 12, por ejemplo, una compactación. En este sentido, es efectuado un muestreo de la función objetivo 66 a lo largo del tiempo, conteniendo cada punto temporal un conjunto de señales de control 38 para la herramienta vibratoria 12 y correspondientes datos de medición esperados 68. Adicionalmente, son registrados los datos de medición 36 realmente recabados por los sensores 20 y son asociados al correspondiente momento. Si en el correspondiente momento, los datos de medición recabados 36 coinciden con los datos de medición esperados 68, prosigue la etapa parcial 3 de acuerdo con las señales de control previstas 38. En caso de elevadas divergencias no admisibles, éstas se evalúan y son extraídas conclusiones sobre las posibles causas mediante el análisis de las divergencias. Si se encuentra una posible causa, son corregidas las variables de estado 62 del suelo 10 inicialmente determinadas mediante la técnica de medición, se vuelve a determinar la función objetivo 66 y se prosigue la etapa parcial 3 desde el momento actual. También es posible que el propio estado inicialmente utilizado como base de la herramienta vibratoria 12 tenga que corregirse. De esta manera, se efectúa una aproximación iterativa de los datos de medición recabados 36 y la función objetivo 66 o los datos de medición esperados 68.

El procesamiento del suelo 10 finaliza tan pronto como se alcanza una coincidencia de los datos de medición recabados 36 y los datos de medición esperados 68 (etapa parcial 4). En este caso, coinciden el punto final 70 de la función objetivo 66 y el punto final 72 de los datos de medición recabados 36. En la etapa parcial 5 se puede efectuar después otro procesamiento del suelo 10. Por ejemplo, sobre la base del punto final 70 de la función objetivo 66, se puede generar una función objetivo para la realización de otra etapa del proceso 74.

Referencias

10 Suelo

12 Herramienta vibratoria

14 Conjunto de lanza vibratoria

16 Tubo pesado

18 Vibrador

20 Sensores

22 Aparato de soporte

24 Sensor para el registro de una profundidad de vibrador

25 Sensor GPS

26 Equipo de control

28 Vehículo de transporte

30 Material de relleno

34 Cable de datos

36 Datos de medición

38 Señales de control

40 Posición de trabajo

42 Motor de accionamiento

44 Desequilibro

46 Punta de vibrador

48 Sensores de aceleración

50 Sensores de temperatura

52 Cojinete de desequilibro

54 Cojinete de motor

56 Sensores de posición

58 Sensores para la medición de una frecuencia y un ángulo de rotación

60 Cojinete de motor adicional

62 Variables de estado del suelo determinadas mediante técnica de medición

64 Estado inicial o de partida del suelo

Función objetivo

Datos de medición esperados

Punto final de la función objetivo

Punto final de los datos de medición recogidos Etapa de proceso adicional

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la compactación de suelos en el que una herramienta vibratoria (12) es hundida en el suelo (10) y, durante la compactación, es medida una pluralidad de variables del estado de la herramienta vibratoria (12) con sensores (20) como datos medidos (36) y, a este respecto, al menos algunos de los sensores (20) son integrados en la herramienta vibratoria (12), y efectuándose una transmisión de los datos medidos (36) de los sensores (20) a un equipo de control (26),

el equipo de control (26) realiza un cotejo de los datos medidos (36) de los sensores (20) con los datos de medición esperados, representando los datos de medición esperados al menos una variable de estado del suelo (10) y describiendo un estado meta definido del suelo que debe alcanzarse en el procedimiento,

caracterizado porque los datos de medición esperados son determinados en una simulación realizada por el equipo de control (26) que describe una interacción de la herramienta vibratoria (12) y del suelo (10) con unos parámetros de suelo dados.

2. Procedimiento para la compactación de suelos según la reivindicación 1, caracterizado porque el equipo de control (26) realiza sobre la base del cotejo un control y/o regulación de la compactación del suelo (10).

3. Procedimiento para la compactación de suelos según la reivindicación 1, caracterizado porque los parámetros de suelo de la simulación son adaptados con la evaluación de los datos medidos (36) de los sensores (20) y la simulación es repetida al menos una vez.

4. Procedimiento para la compactación de suelos según la reivindicación 1 o 3, caracterizado porque la simulación es realizada en tiempo real.

5. Procedimiento para la compactación de suelos según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se alimenta al suelo (10) con uno o varios fluidos y/o materiales de relleno (30).

6. Sistema para la compactación de suelos (10) comprendiendo al menos:

- una herramienta vibratoria (12) que puede ser hundida en el suelo (10);

- una pluralidad de sensores (20) que están configurados para medir variables del estado de la herramienta vibratoria (12) durante la compactación tales como datos de medición (36), estando integrados al menos algunos de los sensores (20) en la herramienta vibratoria (12); así como

- un equipo de control (26),

estando configurado el equipo de control (26) para realizar un cotejo de los datos medidos (36) por los sensores (20) con los datos de medición esperados, representando los datos de medición esperados al menos una variable de estado del suelo (10) y describiendo un estado meta definido del suelo que debe alcanzarse para la compactación del suelo (10), caracterizado porque el equipo de control (26) está configurado para realizar una simulación de una interacción de la herramienta vibratoria (12) y del suelo (10) con unos parámetros de suelo dados y deducir los datos de medición esperados a partir del resultado de la simulación.

7. Sistema para la compactación de suelos según la reivindicación 6, caracterizado porque el equipo de control (26) está configurado para realizar sobre la base del cotejo un control y/o una regulación de la compactación del suelo (10).

8. Sistema para la compactación de suelos según la reivindicación 6, caracterizado porque el equipo de control (26) está configurado para adaptar los parámetros de suelo de la simulación con la evaluación de los datos medidos (36) de los sensores (20) y repetir la simulación al menos una vez.

9. Sistema para la compactación de suelos según la reivindicación 6 u 8, caracterizado porque el equipo de control (26) está configurado para realizar la simulación en tiempo real.

10. Sistema para la compactación de suelos según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el sistema comprende otros agentes que están configurados para alimentar al suelo (10) al menos con uno o con varios fluidos y/o con material de relleno (30).