DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR COLUMNAS DE MATERIAL EN EL FONDO DE CUERPOS DE AGUA
CAMPO DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un dispositivo para producir columnas de material en fondos, en especial en fondos de cuerpos de agua, por ejemplo en el fondo del mar. ANTECEDENTES DE LA INVENCION Un dispositivo con un vibrador de profundidades para producir columnas de material en fondos se conoce por ejemplo por la DE 197 07 687 Cl . Además en la 198 14 021 Al se describe un dispositivo para producir columnas de material en pisos, que presenta un vibrador de profundidades y una extensión tubular unidad al vibrador de profundidades, el cual puede ser activado por medio de una sobre-presión , En la extensión tubular se conecta hacia arriba una cámara de esclusa que presenta un primer obturador, que está colocada entre la cámara de esclusa y la extensión tubular, y que presenta un segundo obturador en la pared vecina a la extensión tubular. A través de la segunda conexión en el dispositivo conocido llega el material que se va a colocar en el fondo, por ejemplo concreto o grava hasta la primera cámara de esclusa, desde donde al estar cerrado el primer obturador y abierto el segundo, se desplaza el material hasta la extensión tubular que se encuentra bajo una sobre-presión. La sobre-presión en la extensión tubular sirve para contrarrestar la presión de agua que se encuentra en la punta del vibrador de profundidades y con esto llevar el material a la punta del vibrador. Ese tipo de vibrador de profundidades también es llamado vibrador de esclusa. SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención se propone la tarea de presentar un dispositivo para producir columnas de material en el fondo de cuerpos de agua, en especial en cuerpos de agua muy profundos. Esta tarea se resuelve por medio de un dispositivo de acuerdo con las caracte ísticas de la reivindicación 1. Modalidades ventajosas de la invención son el objeto de las s ub -reivindicaciones . El dispositivo de acuerdo con la invención presenta un primero y un segundo tanques de material, que están conectados entre sí, y un vibrador profundo para llevar el material sobre el fondo, el cual está conectado con el segundo tanque de material. Entre el primero y el segundo tanque de material se encuentra colocado un primer obturador. En el primer tanque de material se encuentra conectado un conducto de alimentación paras conducir el material y un segundo conducto de alimentación o un conducto de compensación de la presión para producir un equilibro de presión en el primer tanque de material. Al colocar columnas de material en el fondo de cuerpos de agua se encuentra el vibrador de profundidades y el primero y segundo tanque de material bajo el agua, quedando asi bajo una presión, que es mayor que la presión del aire en la superficie del agua. La primera manguera de alimentación sirve para conducir a presión el material que se va a colocar en el fondo al primer tanque de material, desde un deposito que se encuentra en la superficie del agua, por ejemplo desde un barco. La segunda manguera que preferentemente también se extiende hasta la superficie del agua, permite una compensación de presiones entre la presión del aire en la superficie del agua y el primer tanque de material. La presión en el primer conducto de alimentación para conducir material por ejemplo grava o concreto, por lo tanto debe seleccionarse lo suficientemente alta para transportar con suficiente velocidad al material bajo la presión atmosférica del aire. Esa presión se encuentra preferentemente en menos de 76500 kg/m2. La presión ambiental que impera en el agua del primer tanque de material es por lo tanto irrelevante. La compensación de la presión en el primer tanque de material por medio del segundo conducto permite que para el primer conducto de alimentación que sirve para conducir el material al primer tanque de material que se encuentra bajo la presión atmosférica, pueda utilizarse una manguera que está concebida para presiones que son suficientes para transportar material en tierra. No necesitan utilizarse mangueras especiales caras que son concebidas para altas presiones. Para mantener los extremos de los segundos conductos de alimentación coordinados al primer tanque de material en la superficie del agua, preferentemente se colocan flotadores en esta zona del conducto . Para evitar que al abrir el primer obturador se pierda, a través del conducto de compensación de presión, la sobre-presión existente durante el funcionamiento en el segundo tanque de material y que se requiere para llevar el material al fondo, se provee preferentemente cuando menos otro obturador el cual se coloca entre los conductos de alimentación primero y segundo y cuando menos uno en la zona del primer tanque de material . En una forma de realización, entre el primer conducto de alimentación y el primer tanque de material y entre el segundo tanque de alimentación y el primer tanque de material se encuentran obturadores segundo y tercero, que se encuentran abiertos siempre que el material es transportado a través del primer conducto de alimentación al primer tanque de material. Si los obturadores segundo y tercero se cierran, puede abrirse el primer obturador entre el primero y el segundo tanque de materia, con lo cual el material se conduce a través de este último habitualmente por medio de un tubo profundo hacia el vibrador de profundidades. En el segundo tanque de material está preferentemente conectado un compresor para formar en el segundo tanque de material una presión, la cual es mayor que la presión del agua en la punta del vibrador de profundidades, con lo cual puede salir el material de la punta del vibrador de profundidades. El cierre de los obturadores segundo y tercero al abrir el primer obturador provoca que se mantenga la presión en el segundo tanque de material - una compensación de la presión se presenta solo en un volumen reducido de la primera cámara, de tal forma que no se aspira ningún material indeseable del fondo en el cual se encuentra la punta del vibrador de profundidades. De acuerdo con otra forma de realización de la invención se prevé que el compresor también este obturado en el primer tanque de material, con lo cual después de cerrar los obturadores primero y segundo, en el primer tanque de material se forme una presión que corresponda al segundo tanque de material. Los soportes del primer obturador entre el tanque de material primero y segundo que por ejemplo están conformados en forma de compuerta, se descargan al abrir el primer obturador. Esto es especialmente importante y bajo ciertas circunstancias necesario cuando se trabaja a grandes profundidades y se requiere una presión correspondientemente grande del segundo tanque de material para descargar el material.
En otra forma de realización se prevé que el primer tanque de material presente una primera cámara en la cual desembocan los conductos de alimentación primero y segundo y una segunda cámara en donde está colocado otro obturador entre la cámara primera y segunda y en donde el primer obturador está colocado entre la segunda cámara del primer tanque de material y el segundo tanque de material. El otro obturador por lo tanto está colocado entre los conductos de alimentación primero y segundo y la segunda cámara del primer tanque de material. Los obturadores entre cada uno de los conductos de alimentación y el primer tanque de alimentación pueden omitirse en esta forma de realización. La primera cámara del primer tanque de material se encuentra en esta forma de realización continuamente bajo la presión atmosférica que se produce por medio del conducto de compensación de presión. La segunda cámara del primer tanque de material que está separada de la primera por medio del obturador adicional, funciona como esclusa de presión, en la cual durante el funcionamiento se conduce el material desde la primera cámara al abrir el obturador adicional y cerrar el primer obturador. Después de cerrar el obturador adicional llega el material desde la segunda cámara al segundo tanque de material, a través del cual de la manera habitual llega a la punta del vibrador de profundidades por medio de un tubo conductor y de la punta se deposita sobre el fondo. En esta forma de realización la cantidad de material que se conduce conjuntamente al segundo tanque de material y de alli se deposita en el piso, se determina por medio del volumen de la segunda cámara, la cual se llena completamente al abrir el segundo obturador, cuando el volumen del material que se encuentra en la primera cámara es mayor que el volumen máximo de la segunda cámara. Asi puede determinarse de manera sencilla la cantidad del material que ya se encuentra sobre el fondo del cuerpo de agua. El primer obturador entre los tanques de material primero y segundo y/o el obturador adicional entre las cámaras primera y segunda del primer tanque de material están conformadas en forma de compuerta o presentan un elemento de cierre en forma de compuerta. Para no sobrecargar los soportes de esta compuerta o elementos de cierre en forma de compuerta con las diferencias de presión que se forman al abrir entre el tanque de material primero y segundo y/o entre las cámaras primera y segunda del primer tanque de material, en una forma de realización se coloca un primer elemento de compensación de presión entre el tanque de material primero y segundo y un segundo elemento de compensación de presión entre las cámaras primera y segunda del primer tanque de material. El primer elemento de compensación de presión está conformado de tal manera que al abrir el primer obturador se efectúe una compensación de presión entre el segundo tanque de material y el primer tanque de material o entre la segunda cámara del primer tanque de material, y el segundo elemento de compensación de presión está conformado de tal manera que antes de abrir el obturador adicional entre las cámaras primera y segunda del primer tanque de material se lleve a cabo una compensación de la presión entre esas dos cámaras. El objeto de la presente in ención es además un procedimiento para la producción de columnas de material en fondos de acuerdo con las reivindicaciones 16 a 20. BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS El dispositivo de acuerdo con la invención y el procedimiento de acuerdo con la invención se describen a continuación en las figuras con la ayuda de ejemplos de realización. La figura 1 muestra en una vista general un dispositivo de acuerdo con la invención para producir columnas de material en fondos de cuerpos de agua . La figura 2 es un corte del dispositivo de acuerdo con la invención con un primero y un segundo tanque de material de acuerdo con un primer ejemplo de realización. La figura 3 es una vista superior de un elemento de obturación en forma de compuerta y su dispositivo accionador. La figura 4 es un corte del dispositivo de acuerdo con la invención con tanques de material primero y segundo de acuerdo con un segundo ejemplo de realización. La figura 5 es una vista superior de un elemento de obturación en forma de compuerta de acuerdo con otra forma de realización. DESCRIPCION DE LA INVENCION En las figuras los mismos números de referencia se refieren a las mismas partes, a menos que se indique otra cosa. La figura 1 muestra una representación conjunta de un dispositivo para formar columnas de material, en especial columnas de graba en los fondos de cuerpos de agua, en especial en el fondo del mar. Ese tipo de columnas sirven para reforzar una capa blanda del fondo 14 y se extienden en la profundidad habitualmente hasta una capa de fondo sólida 15 que se encuentra por debajo. El refuerzo del fondo marino se requiere por ejemplo para la construcción de plataformas de perforación con fundamentos sobre el piso del fondo del ma . El dispositivo de acuerdo con 1e invención en el ejemplo según la figura 1 puede elevarse por medio de un cable 12 que se encuentra colgado en el brazo saliente o pluma 20 de una excavadora 2, estando la excavadora 2 sobre un pontón 1 que flota sobre la superficie del agua 100. El dispositivo presenta un primer tanque de material 8 y un segundo tanque de material 10, en donde entre el tanque de material primero y segundo 8, 10 se encuentra un obturador 9. En el segundo tanque de material 10 se conecta por abajo un tubo conductor 10a, en cuyo extremo está colocado un vibrador de profundidades 11, pudiéndose conducir el material que va a colocarse en el fondo 14 a través de un tubo 17 de una punta del vibrador 18. En el primer tanque de material 8 se encuentra conectado un primer conducto de alimentación 5, que en el extremo coordinado al primer tanque de material 8 de un deposito de material 3 está conectado a con un tanque a presión 4, que en este ejemplo de realización se encuentra igualmente sobre el pontón 1. En el primer tanque de material 8 está conectado además un segundo conducto de alimentación 6 que sirve como conducto de compensación de la presión, el cual en el ejemplo de realización desemboca en el extremo coordinado al primer tanque de material 8 por encima de la superficie del agua 100. En este extremo del conducto de alimentación 6 en este ejemplo de realización se encuentra colocado un respirador (esnórquel) 7, el cual evita la entrada de agua al conducto de alimentación 6 y está conformado por ejemplo en forma de válvula esférica. Para mantener secciones de los conductos de alimentación 5, 6 sobre la superficie del agua 100, se han colocado bajo los conductos de alimentación 5,6, flotadores 13a, 13b, que por ejemplo están formados con estireno poroso o cualquier otro material con alto grado de empuje de ascensión o flotación. Además de los flotadores pueden tomarse cualesquiera otras medidas, para mantener el extremo del conducto de compensación 6 de presión coordinado al tanque de material 8, por encima de la superficie del agua. Este extremo por ejemplo puede estar fijado también al pontón por encima de la superficie del agua. Pudiéndose omitir aquí la válvula esférica. En una forma de realización, que se representa detalladamente en especial en la figura 2, entre el primer conducto de alimentación 5 y el primer tanque de material 8 se encuentra un segundo obturador 16b y entre el segundo conducto de alimentación 6 y el primer tanque de material 8 se encuentra provisto un tercer obturador 16a. Al abrir el segundo obturador 16a, el segundo conducto alimentador (de aire) o conducto de compensación de presión 6 permite una compensación de presión del interior del primer tanque de material 8 con la presión atmosférica en la superficie del agua 100 estando preferentemente cerrado el primer obturador 9 entre el tanque de material primero y segundo 8, 10. Al abrir el segundo obturador 16 b puede entonces introducirse al primer tanque de material 8 el material que va a colocarse en el fondo, por ejemplo grava, a través del primer conducto de alimentación 5. Debido a la presión atmosférica que impera en el primer tanque de material 8 puede realizarse el transporte del material al primer conducto de alimentación 5 independientemente de la profundidad del agua bajo las mismas proporciones de presión que en la tierra. Esto significa que para obtener una presión de transporte adecuada en el tanque de deposito 4 pueden utilizarse compresores comerciales, que por ejemplo puedan formar una presión máxima de aproximadamente 76500 kg/m2 en el tanque de deposito 4. Si con la presión de transporte del material debe vencerse también la presión del agua en la profundidad del primer tanque de material 8, se requerirían compresores especiales caros para altas presiones para transportar el material. Además es ventajoso el transportar la grava e el conducto de alimentación 5 bajo presiones lo más reducidas posibles, ya que para transportar la grava se requiere una corriente de aire elevada, con la cual no se cuenta en cantidad suficiente debido a que el aire se comprime bajo altas presiones. Por lo tanto por diferentes razones es especialmente ventajoso que en el primer tanque de material 8 reine una presión atmosférica durante la introducción del material. La profundidad del agua en la cual puede trabajar el dispositivo de acuerdo con la invención solo está limitada por la estabilidad de los conductos de alimentación primero y segundo 5, 6 que habitualmente están conformados como mangueras. Preferentemente se utilizan mangueras en las cuales se han introducido espiras metálicas entre la camisa de caucho y el alma de caucho de la manguera, en donde las espiras metálicas hacen posible la estabilidad de la manguera frente a las compresiones debidas al aumento de la presión del agua y las profundidades de trabajo de más de 100m. Al utilizar mangueras especiales son posibles profundidades de trabajo de 200 m y más. Una manguera habitual para el transporte de grava es por ejemplo el modelo FS3320 de la Firma Semperit. La figura 2 muestra una representación transversal de un corte del dispositivo de acuerdo con la invención, que abarca al primer tanque de material 8 y la sección superior del segundo tanque de material 10. Las mangueras primera y segunda desembocan en la parte superior del primer tanque de material y pueden cerrarse por medio de obturadores 16b, 16a. Esos obturadores 16b, 16a se representan en la figura 2 en forma de válvula de chapaleta o mariposa, sin embargo pueden tener cualquier otra configuración. En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 2 entre el tanque de material primero y segundo se provee un arreglo de obturación 9, que presenta una pared divisora 97 con un orificio 98, estando provisto en la pared divisora un elemento obturador de compuerta 90. El elemento obturador está colocado corrediza t r an s ve r s a lme n t e a la dirección de flujo del material R, que toma el material que fluye del primero al segundo tanque de material al abrir el obturador 9. El elemento de cierre, como se observa en la figura 3, está conformado en el ejemplo de realización en vista superior, en forma de rectángulo y presenta en una mitad un orificio 91. Al deslizar el elemento obturador 90 puede ya sea moverse la mitad sin orificio hacia el orificio 98 de la pared divisora 97 para cerrar el obturador, o bien puede el orificio moverse hasta que coincida, cuando menos parcialmente, con el orificio 98 de la pared divisora, para abrir el obturador 9. El elemento obturador 90 puede desplazarse hidráulicamente. Para esto en el ejemplo se proveen dos unidades hidráulicas 93, 95, las cuales presentan sendos cilindros hidráulicos 92, 93, estando cada cilindro hidráulico 92, 94 fijado en un extremo del elemento obturador 90. En el ejemplo de acuerdo con la figura 3, las unidades hidráulicas 93, 95 se encuentran colocadas en la dirección de movimiento B extendiéndose hasta el elemento de obturación 9, 40. La figura 5 muestra una vista superior de otra conformación en la cual están colocadas las unidades hidráulicas 93, 95 transversalmente a la dirección de movimiento B junto al elemento de obturación 90. Un cilindro hidráulico 92, 94 está acoplado por medio de un elemento de acoplamiento 92' , 94' a cada uno de los lados angostos del elemento de obturación. Las unidades hidráulicas en otra forma de realización no representada, están construidas de tal forma que su cilindro hidráulico agarran en el mismo lado angosto del elemento de obturación 90. A continuación se describirá un procedimiento para la producción de columnas de material en fondos 14 de cuerpos de agua por medio del dispositivo representado en la figura 2, con la ayuda de la figura. Primero estando el primero obturador 9 cerrado y abiertos los obturadores segundo y tercero 16b, 16a, se bombea el material bajo presión desde el depósito 3,4 a través del primer conducto de alimentación 5 hasta el primer tanque de material 8. En el primer tanque de material 8 impera una presión atmosférica debido a la conexión con la superficie del agua 100 a través del segundo conducto de alimentación 6. Una presión habitual para conducir el material en el primer conducto de alimentación 5 es de aproximadamente 30600-61200 kg/m2. A continuación se cierran los obturadores segundo y tercero 16b y 16a y después se abre el tercer obturador 9, para asi por medio del tubo de transporte 10a y el conducto de enlace 17, llevar al material del primer tanque de material al segundo tanque de material y de allí a la punta del vibrador de profundidades 11, de donde sale hacia el fondo del cuerpo de agua y por medio del vibrador 11 es compactado. En el segundo tanque de material 10, el tubo de transporte correspondiente 10a y el tubo conector 17 impera una presión que es mayor a la presión ambiental en la abertura de salida del material 18 en la punta del vibrador de profundidades 11, para efectuar la expulsión del material. Esa presión se produce por medio de un compresor no representado en la figura, el cual está conectado al segundo tanque de material 10. Preferentemente este compresor o un segundo compresor está conectado al primer tanque de material 8, para formar una presión en el primer tanque de material 8, después del cierre de los obturadores segundo y tercero 16b, 16a de los conductos de alimentación 5,6, y todavía antes de abrir el primer obturador 9 al segundo tanque de material 10, que corresponda a la presión mas elevada del segundo tanque de material 10. Con lo cual no se presenta una caida de presión en e segundo tanque de material al abrir el primer obturador 9 y por otro lado los soportes del primer obturador 9 o del elemento de compuerta 90 de acuerdo con la figura 2, reciben ríenos carga en el caso de una diferencia de presión no existente previamente entre los tanques de material primero y segundo 8 y 10. Al trabajar a grandes profundidades puede ser hasta necesaria esta compensación de la presión entre los tanques de ma~erial primero y segundo 8, 10, ya que bajo grandes diferencias de presión los cilindros no proporcionan la fuerza suficiente para mover la compuerta 9 bajo esas circunstancias . La figura 4 muestra otro ejemplo de realización del dispositivo de acuerdo con la invención ara producir columnas de material en el fondo de cuerpos de agua. En esta forma de realización posee el primer tanque de material 8 una primera cámara 81 en la cual desembocan los conductos de alimentación primero y segundo 5, 6, y una segunda cámara en donde está colocado otro obturador 46 entre las cámaras primera y segunda y en donde está dispuesto el primer obturador 9 entre a segunda cámara 82 del primer tanque de material 8 y el segundo tanque de material 10. La construcción del obturador adicional 46 corresponde en el ejemplo de realización representado al primer obturador, cuya construcción y funcionamiento ya se describió en relación a las figuras 2,3 y 5. El obturador presenta igualmente una pared divisora 47 con un orificio 48 y un elemento de compuerta 40 que presenta un orificio 41 corrediza en la pared divisora por medio de unidades hidráulicas 43, 42 y 44, 45.
En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 4, cuyo funcionamiento se ilustrará a continuación, pueden omitirse los obturadores para los conductos de alimentación 5, 6. La función de estos obturadores designados c mo 1 fib y 16a en las figuras 1 y 2, es realizada por el obturador adicional 46 entre la primera y la segunda cámara 81, 82. Durante el funcionamiento a la primera cámara 81 en la cual impera una presión atmosférica a través del conducto de compensación de presión, se conduce material en especial arena, grava y similares. La alimentación de material puede realizarse puede realizarse continuamente y solo está limitada por medio de la capacidad máxima de la primera cámara 81. En el siguiente paso del procedimiento se abre el siguiente obturador 46 al cerrar el primer obturador 9, para llevar le material desde la primera cámara 81 a la segunda cámara 82 que se encuentra por debajo. El otro obturador 46 permanece preferentemente abierto hasta que la segunda cámara se ha llenado por completo y entonces se cierra. Después de cerrar el obturador adicional 46 , se abre el primer obturador 9, para que el material de la segunda cámara del primer tanque de material 8 entre al segundo tanque de material 10 que se encuentra bajo una sobre-presión y de allí depositarlo en el fondo del cuerpo de agua. La cantidad que llega al segundo tanque de material después de abrir el segundo obturador es determinado por medio del volumen de la segunda cámara 82. El volumen de esa segunda cámara 82 es preferentemente menor que el de la primera cámara 81, para que la primera cámara 81 pueda contener s ficiente material para poder rellenar rápidamente la segunda cámara 82 después de abrir el obturador adicional. Cada vez que se abre el primer obturador
9 se conduce del segundo tanque de material 10 la misma cantidad de material que va a depositarse sobre el fondo del cuerpo de agua, lo que es ventajoso para determinar el material depositado ya en un determinado momento sobre el fondo del cuerpo de agu . Después de la alimentación del material y del cierre del obturador adicional 46 impera en la segunda cámara primero la presión atmosférica o por
10 menos una presión que es menor que la presión en el segundo tanque de material. Para no sobrecargar los soportes del primer obturador, en el ejemplo de acuerdo con la figura 4 el soporte del elemento de compuerta 90, y las unidades hidráulicas por la diferencia de presión en la segunda cámara 82 y en el segundo tanque de material 10, se prefiere el proveer un primer elemento de compensación de presión entre el segundo tanque de material 10 y la segunda cámara 82, que en la figura 4 se representa esquemáticamente como conexión de conductos 50 con una válvula 51. Por medio de este elemento compensador de presión se produce antes de abrir el primer obturador, una compensación de presión entre el segundo tanque de material 10 y la segunda cámara 82. La pérdida de presión resultante en el segundo tanque de material habitualmente es reducida, ya que el volumen en la segunda cámara 82 habitualmente es menor que la del segundo tanque de material 10. Por medio del compresor se regula permanentemente además la presión en el segundo tanque de material 10. Después de abrir el primer obturador 9 o después de la compensación de presión en la segunda cámara impera una presión que habitualmente es esencialmente mayor que la presión atmosférica. Preferentemente también entre las cámaras primera y segunda hay un elemento compensador de la presión, que en la figura 4 se representa esquemáticamente por medio de una conducto 60 con una válvula 61 y que sirve para producir una compensación de presión después de vaciar la segunda cámara 82 y volver a cerrar el primer obturador 9 , entre la primera cámara 81 y la segunda cámara 10, antes de que se vuelva a abrir el obturador 46 para volver a conducir material en la segunda cámara 82. Esta medida reduce la carga de los soportes y de la unidad hidráulica del obturador 46. Preferentemente se tiene un dispositivo conectado a la unidad hidráulica, el cual no se representa detalladamente, el cual provoca que una acción en especial la apertura del obturador solo pueda realizarse cuando haya tenido lugar una compensación de la presión. La ilustración representada en las figuras 2 y 4 de los obturadores 9, 46 entre el tanque de material primero y segundo 8, 10 o entre la cámara primera y segunda 81, 82, en forma de obturadores con elementos de compuerta deslizables 90,40 representa principalmente una posible representación de los obturadores. Obviamente pueden utilizarse cualesquiera otros obturadores en relación con la invención.
Lista de referencia 2 Aparato constructivo 3,4 Deposito de material 5 Primer conducto de alimentación 6 Segundo conducto de alimentación
7 Respirador (esnórquel) 8 Primer tanque de material 9 Primer obturador 10 Segundo tanque de material 11 Vibrador profundo 12 Cable 13a, 13b Flotador 14 Fondo blando 15 Fondo sólido 16a Tercer obturador 16b Segundo obturador 17 Conducto de alimentación 18 Punta del vibrador de profundidades
19 Soporte 46 Otro obturador 40.90 Elementos de compuerta 41.91 Orificios de los elementos de compuerta
42.44 Cilindro hidráulico 43.45 Unidades hidráulicas 47,97 Paredes separadoras