MÉTODO PARATRABAJARA TRAVÉS DE CAPAS DE SUELOY ROCA CON DRAGAS O EXCAVADORASYAPARATOS QUE FUNCIONAN DE
ACUERDO CON EL MÉTODO
MEMORIA DESCRIPTIVA
Esta invención se refiere a un método para dragar capas de suelo que están bajo el agua, como se describe en la introducción de la primera reivindicación. En el documento DE-A-3521560, se describe un método para cavar capas de suelo seco con una dureza firme, como rocas, por medio de una excavadora constituida por dientes para excavar las capas de suelo. En el método descrito en DE-A-3521560 se utiliza el impacto de chorros de agua a alta presión en la capa de suelo que necesita excavarse. Conforme los chorros de agua a alta presión impactan la capa de suelo, una acción cortadora se imparte en la capa de suelo, incluyendo, por lo tanto, la formación de fisuras y grietas que después pueden dividirse fácilmente mediante los dientes de la excavadora. Al mismo tiempo, se reduce el tamaño de las partes que resultan de los suelos excavados, a fin de que las rocas reducidas no necesiten transportarse y puedan dejarse en el lugar de la excavación. La presión de los chorros de agua oscila, principalmente, entre 40 y 400 Mpa. Sin embargo, el método que se describe en el documento DE-A- 3521560 tiene que ver con la excavación en suelos secos, el cual no puede aplicarse de la misr?a manera al dragado que se efectúa bajo el agua. Por ejemplo, el impacto de los chorros de agua a alta presión, después del desplazamiento mediante agua, será significativamente menor que el impacto de un chorro de agua a alta presión en un suelo seco después del desplazamiento ejercido por el aire ambiental. Además de esto, aun cuando se conoce el impacto de un chorro de agua a alta presión en un suelo seco, no se puede predecir su impacto en una capa de suelo que está bajo el agua de una manera tan sencilla, ya que este variará, entre otras cosas, con la presión del chorro de agua y la distancia de propagación a través del agua. Se ha sabido por algún tiempo inyectar chorros de agua, mezclados con aire o no, a presión en un área ubicada frente al elemento cortador o excavador en operaciones de dragado, con dragas excavadoras de diferentes tipos, sobre todo con dragas de tolvas de succión cuando se dragan suelos arenosos. El objetivo principal de inyectar los chorros de agua es provocar que los suelos arenosos se fluidifiquen mediante la adición de agua. De esa forma, se mejoran los métodos de corte, succión y bombeo, y en los suelos fangosos se realiza un agitamiento de las partículas de fango en el agua para que las partículas puedan desplazarse mediante las corrientes de agua naturales del ambiente. Las presiones utilizadas en esta técnica tienen una magnitud de 10 barias con una tendencia a aumentar la presión a aproximadamente de 15 a 20 barias. La invención ahora tiene diferentes objetivos, los cuales pueden resumirse de la siguiente manera: 1 ) reducir las fuerzas mecánicas de corte para que a) los tipos de suelo más duros puedan dragarse con una potencia de las máquinas similar o menor; b) pueda obtenerse una producción más alta de corte, succión y presión en tipos idénticos de suelo. 2) reducir el desgaste de los elementos cortadores o excavadores, incluyendo los dientes de los mismos. 3) obtener una fluidización mejorada de los materiales arenosos, lo que favorecerá la eficiencia del bombeo. Esto se logra en esta invención con las características técnicas de la parte de caracterización de la primera reivindicación. En el método de esta invención, se realizan simultáneamente la acción de dragado del elemento de dragado y la inyección de los chorros de agua en el área donde está activo el elemento cortador o excavador. Los chorros de agua se inyectan, de preferencia, a una presión de por lo menos 20 barias en la posición de, a través y/o detrás del elemento mecánico de dragado y a una presión de por lo menos 50 barias enfrente del elemento mecánico de dragado. Ahora se ha descubierto que estas presiones de agua son lo suficientemente altas para mejorar la fractura hidráulica en el material no triturado ubicado en las inmediaciones del material triturado, a fin de cortar capas de suelo, como capas de arcilla, y/o fluidificar las capas de suelo (por ejemplo, capas arenosas) en los alrededores del elemento cortador o excavador. Además, parece ser que con los chorros de agua a alta presión de esta invención, los materiales triturados y separados pueden removerse de inmediato del lugar en donde está activo el elemento mecánico cortador o excavador, en caso de que las capas de suelo contengan materiales rocosos o consistan, virtual o exclusivamente, de materiales rocosos, como capas de roca. En el método de está invención, se entiende que las capas de suelo incluyen capas de grava, arena y arcilla o capas de suelo que contienen materiales rocosos o que están constituidas, virtual o exclusivamente, de masas de roca, como capas de roca. Ejemplos de dispositivos de dragado apropiados para usarlos en el método de esta invención incluyen dragas de tolvas de succión, dragas excavadoras de succión, dragas de cangilones, dragas de grampas, pontones de retroexcavadora o similares. Cada uno de estos dispositivos comprende un elemento mecánico cortador o excavador, el cual entra en contacto, en parte, con las capas de suelo y/o roca para excavar. En determinadas condiciones, cuando las capas de suelo contienen materiales rocosos o consisten únicamente de materiales rocosos, se inyectan chorros de agua preferiblemente a presiones de por lo menos 100 barias a presiones de hasta por lo menos 2,000 barias, de acuerdo con los requerimientos necesarios para lograr el objetivo propuesto. Otros detalles y ventajas de la invención se harán patentes a partir de la siguiente descripción de un método para trabajar, a través de capas de suelo y roca, con dragas o excavadoras o con aparatos que funcionan de acuerdo con este método. Esta descripción sólo se proporciona a manera de ejemplo y no f limita la invención. Los números de referencia se relacionan con las figuras
anexadas a la presente. La figura 1 es una vista esquemática del principio en el que se basa el método de acuerdo con la invención, en caso de que un diente sea el elemento mecánico cortador o excavador. Las figuras 2 y 3 son representaciones esquemáticas de una
• 10 vista lateral de la cabeza de una draga de tolvas de succión durante la aplicación del método de acuerdo con la invención. La figura 4 es una vista lateral de un diente con adaptador en una modalidad posible de acuerdo con la invención; por ejemplo, con por lo menos un chorro de agua a alta presión a través del diente. 15 La figura 4A es una vista lateral de un adaptador conforme a una variante. La figura 5 muestra una sección transversal a lo largo de la línea v-v de la figura 4. La figura 5A muestra una sección longitudinal a lo largo de la 20 misma línea de un adaptador de acuerdo con la figura 4A. La figura 6 es una vista en perspectiva de un adaptador con un diente montado en el mismo en una modalidad conforme a la invención. La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una variante de la modalidad de la figura 6. La figura 8 ilustra esquemáticamente el funcionamiento de los dientes de una draga excavadora de succión. • El método ilustrado mediante las figuras anteriores se basa en
una interacción óptima del elemento mecánico cortador o excavador de la draga o excavadora y los chorros de agua inyectados a presión como elemento hidráulico . cortador o excavador, así como en la fuerza de dicha presión, la cual hace posible que cumpla su función de manera satisfactoria. La figura 1 es una vista muy esquemática que sirve para
• 10 dilucidar el método de acuerdo con la invención. Si el número 1 hace referencia, por ejemplo, a una masa de suelo pedregoso y el 2 a un diente como la parte activa de un elemento cortador o excavador, entonces es esencial que la estructura del diente (en una draga excavadora de succión, por ejemplo) esté colocada de tal manera que durante el corte del suelo, el 15 punto de impacto (3) del diente y el chorro de agua (4) prácticamente coincidan. Debido a la acción que ejerce en el suelo el elemento mecánico cortador (este concepto también incluye masas de suelo pedregosas) resulta una primera zona de fractura (5) en la masa del suelo alrededor de la posición 20 donde está activo el elemento mecánico cortador. En la figura 1 , el elemento cortador se representa mediante un diente (2); un chorro de agua a alta presión se designa con cuatro; la zona'de fractura donde ha estado activo el elemento mecánico cortador se indica con 5, y la zona de fractura hidráulica donde también ha estado activo el chorro de agua (4) que se inyectó de alta a muy alta presión se señala con 5'. Es fundamental notar en este documento que el chorro de agua (4) inyectado de alta a muy alta presión debe dirigirse precisamente al punto de impacto (3) del diente (2) porque después los materiales pedregosos triturados son totalmente retirados de la zona de fractura (5). El diente descrito en la presente tiene una eficiencia mejorada y es menos propenso al desgaste. La fractura hidráulica en la zona de fractura 5' también se mejora para que se forme un patrón mejorado de desprendimiento del material. Cuando la presión del chorro de agua que cubre esta zona de fractura es suficientemente alta; por ejemplo, cantidades de por lo menos 100 barias, esta zona de fractura después iniciará más agrietamiento, el cual da como resultado una fracturación hidráulica, y los restos de la fractura se removerán de la zona de fractura. Como consecuencia de esto, se notará una menor potencia de corte y, por consiguiente, menos desgaste porque una gran parte de los materiales desprendidos asociados con esta zona de fractura se retiran mediante el chorro de agua. A fin de realizar una interacción óptima entre el diente y el chorro de agua a alta presión, el surtidor a través del cual se inyecta el chorro de agua (4) puede colocarse justo detrás del diente (2) (figura 2), mientras que en la modalidad de la figura 3, el diente 2' está diseñado de tal manera que el chorro de agua (4') se inyecta a través del diente. Debido a que los dientes de las dragas se desgastan excepcionalmente rápido, sobre todo cuando se trabaja en masas de suelo rocosas, se diseñó una estructura del diente de acuerdo con la invención, la cual, con referencia a las figuras 4, 4A, 5, 5A y 6, tiene las siguientes características. El diente (2') se monta, como es acostumbrado, en un adaptador
(6), el cual, por ejemplo, forma parte del cortador rotativo o se fija en una vigueta transversal de la cabeza de avance. En la modalidad de acuerdo con las figuras 4, 4A, 5, 5A, 6 y 7, se provee por lo menos un conducto de alta presión (7) a lo largo del adaptador 6. Este conducto de alta presión (7) termina en un surtidor corto (8) o en un surtidor extendido (8'), el cual, cuando el diente (2') se monta en el adaptador (6), se alinea con el agujero (9) que recorre el diente (2'). Esta estructura del diente provoca una interacción máxima entre el diente y el chorro de agua a alta presión, lo que da como resultado una reducción considerable en el desgaste del diente. Cuando se lleva a cabo el dragado en las masas de suelo rocosas o en rocas, los materiales separados se retirarán mediante los chorros de agua a alta presión, a fin de que los dientes funcionen en las condiciones más favorables. Una variable de la modalidad descrita en la figura 6 consiste en proveer dos agujeros (9')a través del diente (2') y de proveer el adaptador con dos surtidores (8 u 8'). Ambos agujeros (9') deben dirigirse para que, conforme el extremo exterior del diente (2') se desgasta, siga ocurriendo una inyección de ambos chorros de agua a alta presión hacia el punto de impacto del diente, la cual se hace más ancha a medida que el diente se desgasta. La figura 8 muestra muy claramente el método de acuerdo con la invención para una draga excavadora de succión. La misma figura muestra esquemáticamente la operación de los dientes (2 ó 2') en la masa de suelo o roca (10) para la misma dirección de rotación y dos movimientos giratorios opuestos de la draga excavadora de succión. La dirección de la rotación se indica con las flechas 11 y los movimientos giratorios con las flechas 12 y 13. Es notorio que los chorros de agua a alta presión se inyectan por lo menos por una duración que corresponde con el tiempo para el cual los dientes (2 ó 2') están activos; es decir, permanecen en contacto con la masa de suelo para excavar o dragar. Debido a la acción de los chorros de agua a alta presión, los materiales rotos se remueven para que no obstruyan el funcionamiento óptimo de los dientes y se asegure un tiempo de vida incrementado de los dientes. La acción de ios chorros de agua a alta presión también inicia y mejora la fracturación hidráulica. Por lo tanto, en esta opción es necesario asegurar, por medio de válvulas, el grado de flujo del agua a alta presión, por lo menos en los dientes 'activos' o en funcionamiento. Cuando la invención se aplica a dragas de tolvas de succión, puede planearse una variedad de colocaciones de los chorros de agua a alta presión. Una vez más se hace referencia a las figuras 2 y 3 como un ejemplo de dragas de tolvas de succión. Los surtidores para los chorros de agua a alta presión (4) de por lo menos 50 barias se montan en la placa de cimentación (14) de la cabeza de avance (15) y proveen un primer trabajo hidráulico en el suelo. Una segunda hilera de surtidores se coloca detrás de los dientes (2), a fin de que los chorros de agua (4') de por lo menos 20 barias se dirijan hacia el extremo exterior de los dientes (2), con una segunda hilera de surtidores para inyectar chorros de agua (4") de por lo menos 20 barias hacia el interior de la cabeza de avance (15) para que el material ya cortado sufra una operación de corte adicional. En dicha draga de tolvas de succión también puede utilizarse la estructura del diente descrita anteriormente, la cual hace posible la inyección de los chorros de agua a través del diente (21 ) con su adaptador (6). Si los chorros de agua (4) actúan desde la placa de cimentación (14) de la cabeza de avance (15) en una línea entre los respectivos dientes 2 ó 2', estos chorros de agua después proveen un corte inicialmente vertical o un plano de fractura en una línea entre los dientes 2 ó 2', mientras que los chorros de agua 4' y 4" que interactúan con los dientes 2 ó 2' causan una fractura mayor del material del suelo intermedio de estos planos verticales. En capas de arcilla firme y en capas de arena más dura, la disposición antes descrita ofrece muchas ventajas, puesto que con las técnicas hasta ahora aplicadas, sólo es posible dragar con tolvas de succión que poseen una gran potencia de propulsión o con dragas excavadoras de succión estacionarias. Al dragar con aparatos de acuerdo con la invención en dichas capas arenosas más duras o en capas de arcilla firme, la eficacia aumenta porque las capas de suelo ya fueron parcialmente rotas, de manera simultánea o no, por la acción de los chorros de agua a alta presión.