ES2867857T3 - Dispositivo de medición de un sitio de excavación - Google Patents

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Mirco Armando Raffuzzi
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Abstract

Un dispositivo de medición (23) para medir un sitio de excavación, comprendiendo el dispositivo de medición (23): - al menos un armazón de soporte (21) que tiene una forma y unos tamaños predefinidos, dispuesto para insertarse en el sitio de excavación, estando dicho armazón de soporte (21) conectado a un elemento de suspensión (5) para moverse dentro del sitio de excavación; - al menos un primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30), que consiste en al menos cuatro aparatos de medición de perfiles (30); - al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30) que consiste en al menos cuatro aparatos de medición de perfiles (30); - estando dichos aparatos de medición de perfiles (30) de cada grupo dispuestos de manera que al menos dos primeros aparatos de medición de perfiles (30) se extienden sustancialmente en la dirección de un primer eje (P) de un sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), en direcciones opuestas entre sí, y al menos dos segundos aparatos de medición de perfiles (30) se extienden sustancialmente en la dirección de un segundo eje (Q) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), en direcciones opuestas entre sí, en donde dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R) es integral con el armazón de soporte (21) y se origina en el centro geométrico (C) de dicho armazón de soporte (21), - estando dicho al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30) colocado a una altura diferente con respecto a dicho primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30) a lo largo de un eje (R) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), extendiéndose dicho eje (R) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R) sustancialmente en paralelo a un eje (Z) de dicho sistema de referencia ortogonal absoluto (X, Y, Z); - cada aparato de medición de perfiles (30), asociado con el armazón de soporte (21) y adaptado para orientarse hacia al menos una pared lateral correspondiente del sitio de excavación para medir la distancia (ΔP, ΔQ) de dicha pared lateral del sitio de excavación con respecto a dicha superficie lateral exterior del armazón de soporte (21), estando cada aparato de medición de perfiles (30) provisto de al menos un elemento detector (35) dispuesto para permanecer en contacto con dicha pared lateral correspondiente a lo largo de toda la profundidad del sitio de excavación; - un sistema sensor (40) asociado con el armazón de soporte (21), comprendiendo dicho sistema sensor (40) al menos tres sensores de rotación (41, 42, 43) configurados para medir al menos tres rotaciones correspondientes (AX, AY, AZ) del armazón de soporte (21) con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto predefinido (X, Y, Z), y al menos dos sensores de traslación (44, 45) configurados para medir al menos dos traslaciones correspondientes (XC, XY) de dicho armazón de soporte (21) con respecto a un eje (60) de dicho sistema de referencia ortogonal absoluto (X, Y, Z); y - un sistema de procesamiento de datos (8) que se proporciona para calcular la forma tridimensional real del sitio de excavación basándose en los datos de rotación (AX, AY, AZ) y de traslación (XC, YC) medidos por dicho sistema sensor (40), basándose en la distancia (ΔP, ΔQ) de las paredes laterales del sitio de excavación con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte (21) medida por el al menos un primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30) y por el al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30), y basándose en la forma y los tamaños predefinidos del armazón de soporte (21).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de medición de un sitio de excavación
La presente invención hace referencia a un dispositivo de medición de un sitio de excavación realizado con una máquina de excavación, así como a un método para medir las desviaciones y el perfil de dicho sitio de excavación de un panel o de un diafragma.
En el campo de las cimentaciones se conocen máquinas de excavación que están equipadas con los dispositivos de excavación respectivos, como, por ejemplo, fresas, cuchillas o cucharones. Estas máquinas de excavación pueden, en particular, ser máquinas perforadoras, en otras palabras, dispuestas para hacer agujeros circulares, o máquinas dispuestas para hacer excavaciones profundas que tienen secciones de diseño aproximadamente rectangular de gran profundidad para fabricar paneles individuales o paredes de diafragma que consisten en una pluralidad de paneles adyacentes. Independientemente del tipo de máquina de excavación, los dispositivos de excavación respectivos están normalmente colgados de elementos de suspensión. Estos elementos de suspensión pueden ser tanto de tipo rígido, como, por ejemplo, ejes o vigas, como de tipo flexible, como, por ejemplo, cables.
Los paneles o paredes de diafragma mencionados anteriormente pueden tener la función de contención del suelo, o de sellado hidráulico, o incluso una función de cimentación. Una vez finalizada la excavación, el panel se fabrica colando cemento o endureciendo material dentro del sitio de excavación, y posiblemente insertando elementos de armadura, con el fin de obtener, después del endurecimiento, un cuerpo sólido que siga la forma tridimensional real del sitio de excavación hecho. La colada del cemento se realiza a través de mangueras presurizadas que se bajan hasta el fondo del sitio de excavación y se elevan progresivamente siguiendo el nivel del cemento en el sitio de excavación.
Dado el notable volumen del sitio de excavación, con el fin de permitir que se llene completamente, es necesario llevar al sitio de trabajo múltiples camiones hormigonera que suministren el cemento necesario a intervalos de tiempo predeterminados, de manera que el relleno del sitio de excavación pueda realizarse con continuidad con el fin de garantizar un endurecimiento uniforme del cemento. La precisión para determinar el volumen real de la excavación hecha tiene un impacto decisivo en la planificación de la etapa de colada, ya que basándose en dicha determinación se calcula la cantidad de cemento necesaria para llenar completamente el sitio de excavación durante la colada y se planifican el número de camiones hormigonera necesarios y los tiempos de llegada al sitio de trabajo de dichos camiones hormigonera.
En caso de que la determinación del volumen real de la excavación sea incorrecta y el número previsto de camiones hormigonera sea insuficiente para llenar completamente la excavación, habría que solicitar más camiones hormigonera no previstos. Esto podría implicar retrasos no compatibles con los periodos de tiempo máximos permitidos entre una colada y la siguiente para garantizar un endurecimiento uniforme del cemento y, por lo tanto, una alta calidad del panel fabricado. En caso de que la determinación del volumen real de la excavación sea incorrecta y el número previsto de camiones hormigonera sea mayor de lo realmente necesario, habría un aumento de los costes debido tanto a la contratación de camiones hormigonera innecesarios, como al desperdicio del cemento sobrante.
Con el fin de que la pared de diafragma realice una función de sellado hidráulico eficaz, es fundamental garantizar la perfecta continuidad entre los paneles excavados. En otras palabras, es necesario garantizar la correcta interpenetración entre los paneles adyacentes a lo largo de toda la profundidad de excavación, obteniendo de este modo unas juntas selladas hidráulicamente entre cada panel y los adyacentes. Durante la etapa de excavación, o durante la etapa ascendente del dispositivo de excavación, es posible que se produzca un colapso localizado de las paredes del sitio de excavación, también llamado "derrumbe", que puede generar criticidades en la etapa de colada. De hecho, los derrumbes, que también pueden ser de un tamaño notable, dan como resultado un aumento en el tamaño de la sección real de la excavación hecha en el área de colapso con respecto a la sección de diseño. Además de esto, la sección real de la excavación puede ser mayor que la sección de diseño también debido al hecho de que, dada la gran profundidad, a menudo es necesario hacer la excavación del panel en muchas etapas de excavación realizadas en días diferentes.
Con el fin de poder realizar más etapas de excavación, el dispositivo de excavación debe bajarse y subirse repetidamente desde el fondo de la excavación. Durante dichas carreras, el dispositivo de excavación realiza un recalcado de las paredes aumentando las dimensiones de las secciones reales de la excavación. Dichos aumentos de sección provocan un aumento notable de la cantidad de cemento necesaria durante la etapa de colada con respecto a la cantidad de cemento calculada basándose en el volumen teórico de la excavación, determinado a través de la sección de diseño y la profundidad de diseño del panel.
Con el fin de garantizar la correcta interpenetración entre los paneles adyacentes es fundamental hacer la excavación de una manera extremadamente precisa, como se especificará mejor a continuación. Para cada panel en la etapa de diseño se define un eje de diseño teórico, que, en general, es sustancialmente vertical y pasa a través del centro de simetría de la sección de diseño. De hecho, para cada panel es posible definir, desde la etapa de excavación, un eje real de la excavación que pasa a través del centro de simetría o, en general, a través del baricentro de las secciones reales de la excavación a lo largo de toda la profundidad de excavación.
Si los ejes reales de las excavaciones de los paneles adyacentes se desvían considerablemente entre sí, o dichos ejes reales se desvían notablemente del eje de diseño teórico correspondiente, podría haber una reducción en el espesor de la interpenetración de los paneles adyacentes. En particular, si las desviaciones de dos paneles adyacentes son iguales en valor absoluto con respecto al eje teórico, pero tienen lugar en la dirección opuesta, el efecto de las desviaciones se sumaría en el área de unión. En cualquier caso, se obtendría una junta con sello hidráulico y una eficiencia menor a la requerida por el diseño. En el peor de los casos, es posible crear, entre los paneles adyacentes, aberturas o espacios tales que anulen totalmente la función de sellado hidráulico requerida en la pared de diafragma. Con el fin de garantizar una correcta función de contención del suelo o de sellado hidráulico es fundamental poder medir las desviaciones del eje real de la excavación con respecto al eje de diseño teórico antes de realizar la colada del cemento. Si la medición de dichas desviaciones se realiza solo después de la etapa de excavación, sería necesario realizar la excavación del panel adyacente teniendo en cuenta dichas desviaciones medidas. Si, por otro lado, la medición de dichas desviaciones se realiza durante la etapa de excavación del panel y el dispositivo de excavación está provisto de accionadores capaces de corregir la dirección de avance del propio dispositivo, sería posible controlar y corregir la dirección de avance para compensar dichas desviaciones medidas.
Con el fin de identificar con precisión el volumen real de la excavación hecha y, por lo tanto, calcular la cantidad de cemento necesaria para llenar completamente la excavación durante la colada, es fundamental medir, o al menos determinar, a lo largo de toda la profundidad de excavación, el área real y la forma real de las secciones reales de la excavación. A través de dicha medición, sería de hecho posible determinar el perfil real de las paredes de la excavación y, por lo tanto, medir con precisión el volumen real de la excavación hecha.
Una excavación se considera más precisa cuando las desviaciones del perfil real de las paredes de la excavación con respecto al perfil teórico de las propias paredes son menores, siendo dicho perfil teórico, en general, sustancialmente vertical, y cuando las desviaciones del eje real de la excavación con respecto al eje de diseño teórico son menores. La forma tridimensional teórica de la excavación de un panel se define como el sólido que tiene la sección de diseño como sección y el eje de diseño teórico a lo largo de toda la profundidad de excavación como eje geométrico.
Las desviaciones del perfil real de las paredes y del eje real de la excavación pueden provocarse por rotaciones involuntarias y/o por traslaciones del dispositivo de excavación durante la etapa de excavación, que hacen que el eje real de la excavación se desvíe del eje de diseño teórico, y por el colapso o derrumbamiento de las paredes de la excavación, que hacen que el perfil real de la pared de la excavación se desvíe del perfil teórico. Dado que es imposible una precisión absoluta en la realización de la excavación, se establecen desviaciones límite de diseño que constituyen las desviaciones máximas permisibles de la excavación.
La falta de contención de las desviaciones del perfil real de las paredes y del eje real de la excavación dentro de los valores de las desviaciones de diseño límite da como resultado una reducción de la resistencia estructural y la impermeabilidad del panel. Esto puede conducir a resultados catastróficos como en el caso de las paredes de diafragma hechas en las presas. La importancia de la contención de las desviaciones mencionadas anteriormente es tal que a menudo el cliente requiere una medición de la excavación en el sitio para asegurarse de que la pared de diafragma es adecuada para las funciones previstas por el diseño.
Actualmente, las mediciones del perfil real de una excavación recién realizada tienen notables dificultades, además de ser onerosas en términos de tiempo y costes. Estas dificultades dependen de las magnitudes en juego, como la profundidad de excavación, que puede alcanzar los 250 metros para ejecuciones especiales, y dado el hecho de que la excavación, con el fin de evitar su colapso, se mantiene llena de una solución fluida de estabilización que es de mayor densidad que la del agua (por ejemplo, una mezcla de agua y lodos). Esta solución fluida siempre es turbia y no uniforme. El hecho de que dicha solución sea turbia dificulta el uso de herramientas de medición óptica (láseres, lídares, infrarrojos, codificadores, sensores fotosensibles, cámaras de televisión, cámaras fotográficas), mientras que el hecho de que tenga una densidad no uniforme dificulta el uso de herramientas de medición con sensores acústicos (ultrasonidos, sonar) o sensores de ondas (radio, microondas, radar) o sensores electromagnéticos.
Actualmente, uno de los métodos de medición más usados proporciona el uso de un sensor ponderado colgado de uno o más cables, que se baja dentro de la excavación en el eje de diseño teórico. Dicho sensor, que desciende aproximadamente en vertical, identifica la forma de las paredes circundantes con respecto al eje representado por el cable de suspensión, permitiendo trazar la forma de las paredes.
La medición con esta herramienta solo puede realizarse después de haber realizado una limpieza suficiente de la solución fluida de estabilización, dando dicha limpieza como resultado un gran empeoramiento de los costes y del tiempo empleado. Solo de esta manera es posible evitar que la turbidez y la densidad no uniforme de la solución de estabilización alteren la medición correcta o incluso la hagan imposible, falsificando la lectura del sensor o haciendo que dicho sensor se desvíe del eje de diseño teórico. En los casos más extremos puede ser que el perfil real de las superficies que constituyen las paredes de la excavación sea tan irregular que sea incluso incompatible con un descenso vertical del sensor, que acabará descansando sobre una de las paredes de la excavación. Además de los graves problemas de costes y tiempo necesarios para dicha operación, también es imposible evitar con certeza que la turbidez residual de la solución, o la presencia de los escombros de excavación que hayan quedado en suspensión después de la reintroducción de la propia solución, alteren la medición.
Las grandes profundidades de excavación dificultan aún más la medición, ya que la herramienta, que está colgada de un segmento muy largo de cable libre, tiende a oscilar más fácilmente y se tarda más en detener las oscilaciones de manera espontánea. Además, la profundidad de la excavación dificulta la mezcla de la solución fluida de estabilización limpia, que se introduce en la parte superior de la excavación, con la solución más turbia presente en la parte inferior. Al usar un sistema de medición de este tipo, también es necesario extraer el dispositivo de excavación antes de realizar la medición, con las consiguientes pérdidas de tiempo y productividad. En el caso opuesto, de hecho, sería imposible realizar la medición en el último segmento de la excavación, dado que este último todavía está ocupado por el dispositivo de excavación, y sería extremadamente difícil bajar la herramienta de medición a lo largo del eje de diseño teórico, dado que dicho descenso se vería dificultado por la presencia de los tubos de alimentación electrohidráulicos del dispositivo de excavación y por la presencia del elemento de suspensión del propio dispositivo de excavación.
Se conocen dispositivos de excavación que usan sistemas mecánicos para la corrección de la dirección de avance del dispositivo de excavación. Estos sistemas de corrección mecánicos pueden consistir, por ejemplo, en aletas movidas por accionadores, como se muestra en la figura 1. Estos sistemas de corrección mecánicos detectan, a través del uso de inclinómetros asociados con el dispositivo de excavación, las inclinaciones de dicho dispositivo de excavación para proporcionar su dirección de avance. Las aletas pueden accionarse para ejercer una determinada presión contra las paredes de la excavación, modificando las inclinaciones del dispositivo de excavación con el fin de corregir la dirección de avance del propio dispositivo de excavación durante la etapa de excavación. El movimiento de las aletas, por ejemplo, cuando se acciona para la corrección de la inclinación sin realizar un avance del dispositivo de excavación, también puede dar como resultado una traslación a profundidad constante del dispositivo en el plano horizontal, moviéndolo con respecto al eje de diseño teórico. En este caso, dicha traslación a profundidad constante del dispositivo de excavación no podría medirse por los inclinómetros, dado que dichos sensores solo pueden detectar variaciones en la inclinación debidas a las rotaciones del dispositivo de excavación. En consecuencia, dado que dichos sistemas de corrección mecánicos no miden las traslaciones, no es posible medir correctamente ni la posición del dispositivo de excavación con respecto al eje de diseño teórico, ni el progreso del eje real de la excavación.
Dado que las aletas accionadas deben cambiar la dirección de un dispositivo de excavación que puede pesar incluso muchas decenas de toneladas, dichas aletas están equipadas con accionadores capaces de ejercer fuerzas de notable intensidad contra las paredes de la excavación. Estas fuerzas, en algunos casos, podrían ser tales que deformasen las paredes de la excavación en las áreas de contacto con las aletas, dando como resultado posibles problemas relacionados con la precisión de la excavación que se está haciendo.
Además, dichos sistemas mecánicos no pueden medir las desviaciones del perfil real de las paredes de la excavación, dado que no pueden establecer si las traslaciones a profundidad constante del dispositivo de excavación, en una dirección perpendicular al eje de diseño teórico, se deben a movimientos de traslación del dispositivo de excavación o a desviaciones del perfil real de las paredes de la excavación. De hecho, si hay un derrumbe de la pared de la excavación y el dispositivo de excavación descansa sobre dicho derrumbe, realizando de este modo una traslación horizontal a profundidad constante, los inclinómetros no podrían medir dicha traslación del dispositivo de excavación, dado que dichos sensores solo pueden detectar variaciones en la inclinación debidas a las rotaciones del dispositivo de excavación. Los movimientos de traslación del dispositivo de excavación durante la etapa ascendente del dispositivo de excavación se acentúan por la presencia de espacios libres entre el dispositivo y las paredes de la excavación, debidos al recalcado de las paredes realizado por el propio dispositivo de excavación durante las siguientes etapas de excavación.
Se describen otros sistemas conocidos para medir las desviaciones de una excavación para fabricar paneles, por ejemplo, en los documentos EP 2623677 y JP H06208456. Estos documentos enseñan a calcular las desviaciones de la dirección de avance del dispositivo de excavación a través de la medición directa de los movimientos de los cables de suspensión de dicho dispositivo. Sin embargo, dichos sistemas no permiten obtener una medida del perfil real de las paredes de la excavación. De hecho, dichos sistemas consideran que la sección real de la excavación siempre tiene la misma área y la misma forma en cada profundidad. Por lo tanto, no pueden medir derrumbes ni ninguna irregularidad del perfil real de las paredes como para variar el área real o la forma real de la excavación con respecto a la sección de diseño.
Además, dichos sistemas de medición tienen numerosos inconvenientes, debidos, por ejemplo, a la presencia de las vibraciones de los cables y a la necesidad de una limpieza constante de dichos cables, dificultando dichos inconvenientes las mediciones a través de sensores ópticos. Además, el desgaste de los cables puede reducir la precisión de la medición. Un inconveniente adicional se debe al hecho de que siempre que sea necesario mover la máquina de excavación para colocarla en el punto en el que se realiza una nueva excavación, el sistema de medición debe moverse u orientarse de nuevo.
El documento EP2273067A1 describe un dispositivo para hacer excavaciones de forma prismática y para medir la propia excavación. El dispositivo de excavación es una cuchilla suspendida a través de una cuerda que se baja a la excavación. La cuchilla está provista de sensores de distancia de tipo ultrasónico colocados en el mismo plano único y dirigidos hacia al menos dos paredes laterales opuestas de la excavación. Los sensores miden la distancia de las paredes laterales de la excavación con respecto al armazón de cuchilla.
El documento JPH0469704U describe un dispositivo de medición destinado a aplicarse a una máquina de perforación provista de una barra de Kelly que soporta en su extremo inferior una herramienta de excavación. En particular, una guía cilíndrica está constreñida en el extremo inferior de la barra de Kelly; la guía cilíndrica sigue la barra de Kelly dentro de la excavación. Dos brazos de medición están fijados en el lado opuesto de la guía.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención es fabricar un dispositivo de medición de un sitio de excavación realizado con una máquina de excavación que sea capaz de resolver los inconvenientes de la técnica anterior mencionados anteriormente de una manera extremadamente sencilla, rentable y especialmente funcional.
Este fin de acuerdo con la presente invención se logra fabricando un dispositivo de medición de un sitio de excavación realizado con una máquina de excavación como se describe en la reivindicación 1.
Las características adicionales de la invención se destacan en las reivindicaciones dependientes, que son una parte integral de la presente descripción.
Las características y ventajas de un dispositivo para medir el perfil de excavación y para medir las desviaciones de la excavación de acuerdo con la presente invención quedarán más claras a partir de la siguiente descripción, dada como ejemplo y no con fines limitantes, haciendo referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista parcial de un sistema mecánico conocido para corregir la dirección de avance de un dispositivo de excavación para fabricar paneles;
la figura 2 muestra una máquina para la excavación de paneles o diafragmas, con un dispositivo de excavación equipado con ruedas de corte, en el que se instala un dispositivo de medición de un sitio de excavación;
las figuras 3A y 3B muestran una vista parcial del dispositivo de medición de un sitio de excavación de acuerdo con la presente invención, ilustrado en las configuraciones operativas de inclinación mínima y máxima, respectivamente, del aparato de medición de perfiles correspondiente;
la figura 4 muestra una realización del dispositivo de medición de un sitio de excavación durante una etapa de medición del sitio de excavación;
la figura 5 ilustra algunos ejemplos de secciones de la excavación medidas a través del dispositivo de medición de un sitio de excavación; y
la figura 6 muestra una realización del dispositivo de medición de un sitio de excavación de acuerdo con la presente invención.
Con referencia en particular a la figura 2, se muestra una máquina de excavación 1 para fabricar paneles. La máquina de excavación 1 comprende un sistema de tren de rodaje 2 para mover dicha máquina de excavación 1 por el suelo. El sistema de tren de rodaje 2 tiene una torre rotatoria 3 en la parte superior, estando dicha torre 3 equipada con una cabina de operario y con un brazo basculante 4. La máquina de excavación 1, también denominada máquina de base, puede ser, por ejemplo, una excavadora de cable o una grúa, o un taladro de orugas con una torre vertical. En el resto de la presente descripción, por razones de simplicidad, se hará referencia a una máquina de excavación 1 con un brazo basculante 4 como el de la figura 2, aunque la invención puede aplicarse a una máquina de excavación provista de cualquier estructura de soporte de un dispositivo de excavación 20, como, por ejemplo, una torre vertical, o una máquina en la que el brazo basculante 4 podría tener una estructura en forma de caja con vigas.
La máquina de excavación 1 también comprende un dispositivo de movimiento 6, preferentemente un cabrestante asociado con la torre rotatoria 3. El cabrestante 6 acciona un elemento de suspensión 5 que, después de haberse transmitido por una o más poleas 7 dispuestas en el extremo del brazo 4, se conecta a un dispositivo de medición 23. El elemento de suspensión 5, que consiste, preferentemente, en un cable flexible, realiza la tarea de mover y soportar el dispositivo de medición 23. La máquina de excavación 1 también está asociada con un monitor 9, preferentemente instalado en la cabina. Debe entenderse que, de manera equivalente, el dispositivo de medición 23 puede aplicarse a cualquier estructura de soporte dispuesta para soportar y mover dicho dispositivo de medición 23 dentro de una excavación por medio de un elemento de suspensión 5.
El dispositivo de medición 23 comprende al menos un armazón de soporte 21, conectado al elemento de suspensión 5 y dispuesto para insertarse en el sitio de excavación de un panel y para moverse, preferentemente con una traslación sustancialmente vertical, dentro de dicha excavación. El dispositivo de medición 23 también comprende un sistema sensor 40, asociado con el armazón de soporte 21, al menos un aparato de medición de perfiles 30, también asociado con el armazón de soporte 21, y un sistema de procesamiento de datos 8. En la realización preferida mostrada en la figura 2, el sistema de procesamiento de datos 8 está asociado con la máquina de excavación 1, pero también podría asociarse ventajosamente con el armazón de soporte 21 del dispositivo de medición 23.
En una realización preferida, el armazón de soporte 21, con el que el sistema sensor 40, los aparatos de medición de perfiles 30 y posiblemente el sistema de procesamiento de datos 8 del dispositivo de medición 23 están asociados, puede ser el armazón estructural de un dispositivo de excavación 20, como, por ejemplo, una fresa, una cuchilla o un cucharón. El dispositivo de excavación 20 en tal caso comprende un armazón de soporte 21 que constituye la estructura de apoyo del propio dispositivo de excavación 20 y también comprende una o más herramientas de excavación o corte 22 conectadas a dicho armazón de soporte 21, preferentemente colocado debajo del propio armazón de soporte 21. El dispositivo de excavación 20 puede estar equipado con cualquier herramienta de excavación o corte 22, por ejemplo, ruedas de fresado o de mezcla, o válvulas, incluso si en las figuras se muestra en una configuración preferida pero no limitante que tiene ruedas de fresado como herramientas de excavación o corte 22.
En la realización mostrada en la figura 2, en la que el armazón de soporte 21 está comprendido en un dispositivo de excavación 20 (que en particular es una cuchilla de fresado), dicho dispositivo de excavación 20 avanza removiendo el suelo, que se corta en primer lugar con las ruedas de fresado 22, que lo reducen a un tamaño de pieza pequeño, y a continuación se bombea hacia la superficie a través de una bomba instalada en el armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20, aprovechando la mezcla de los escombros con el fluido bentonítico presente dentro del sitio de excavación. El peso del dispositivo de excavación 20 recae al menos parcialmente sobre las ruedas de fresado 22, generando la fuerza de avance de dicha herramienta de excavación o corte 22 en el fondo de la excavación.
Durante la etapa de avance de la excavación, es posible que el dispositivo de excavación 20 y el armazón de soporte 21 se desvíen del eje de diseño teórico 60. Un ejemplo de una condición operativa en la que pueden producirse dichas desviaciones es cuando cada una de las herramientas de excavación o corte 22, por ejemplo, las ruedas de fresado, remueven simultáneamente suelos de diferente dureza y consistencia. Esto puede producirse, por ejemplo, debido a que una rueda de fresado 22 se encuentra con suelo rocoso y la otra rueda de fresado 22 se encuentra con suelo arenoso, con la consiguiente desviación de la excavación en la dirección del suelo más fácil de excavar.
Con referencia a las figuras 2 y 4, con el fin de describir la operación del dispositivo de medición 23 se supondrá que las letras X, Y, Z indican un sistema de referencia ortogonal absoluto en el que:
- el eje Z coincide con el eje de diseño teórico 60, que es sustancialmente vertical, y
- el eje X es paralelo al lado de la sección de diseño que tiene un tamaño mayor.
El origen del sistema de referencia ortogonal absoluto es la intersección entre el eje Z y el nivel de suelo 51.
Una barra de guía 50, que tiene una sección de paso coincidente con la sección de diseño, está dispuesta al nivel de suelo 51 para guiar el armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20 en el segmento inicial de la excavación. En particular, la barra de guía 50 se coloca de manera que el centro de simetría de la sección de paso esté en el eje de diseño teórico 60.
Las letras P, Q, R indican un sistema de referencia ortogonal relativo, conectado fijamente al armazón de soporte 21 del dispositivo de medición 23 y que tiene su origen en el centro geométrico C de dicho armazón de soporte 21. El sistema de referencia ortogonal relativo tiene el eje R, también definido como eje longitudinal del armazón de soporte 21, paralelo al lado más largo del armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20, mientras que el eje Q es paralelo al lado más corto de dicho armazón de soporte 21. Más en general, debe entenderse que el eje R es paralelo a la dimensión del armazón de soporte 21 que se extiende sustancialmente paralelo al eje Z, por lo tanto, dicho eje R se extiende sustancialmente paralelo al eje Z del sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z, como puede verse con referencia a la figura 4.
El sistema sensor 40 está asociado con el armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20 y está compuesto por al menos tres sensores de rotación 41, 42 y 43 para medir al menos tres rotaciones del armazón de soporte 21, así como al menos dos sensores de traslación 44 y 45 para medir al menos dos traslaciones de dicho armazón de soporte 21. Los sensores de rotación 41,42 y 43 miden, en particular, los ángulos de rotación AX, AY, AZ del armazón de soporte 21 alrededor de los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto. Los ángulos de rotación AX, AY, Az son representativos de la orientación del armazón de soporte 21 con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto. Los ángulos de rotación AX, AY, AZ se describirán con mayor detalle con referencia a la figura 4. Los sensores de traslación 44 y 45 miden, en particular, los movimientos XC, y C del centro geométrico C del armazón de soporte 21 con respecto al eje de diseño teórico 60. Los movimientos XC, YC son representativos de las traslaciones del armazón de soporte 21 del dispositivo de medición 23 en un plano X-Y perpendicular al eje de diseño teórico 60. El movimiento del centro geométrico C del armazón de soporte 21 con respecto al nivel de suelo 51 se indica con ZC. El movimiento ZC es representativo de la profundidad a la que se localizan el armazón de soporte 21 y el dispositivo de excavación 20. Los movimientos XC, YC se describirán con mayor detalle con referencia a la figura 4.
En una configuración preferida, el sistema sensor 40 comprende tres sensores de rotación 41, 42 y 43 para medir los tres ángulos de rotación AX, AY, AZ y tres sensores de traslación 44, 45 y 46 para medir los tres movimientos XC, YC, ZC. Preferentemente, los sensores de rotación 41, 42 y 43 son giroscopios, por ejemplo, giroscopios mecánicos, MEMS, láseres o fibras ópticas, y pueden devolver una señal representativa del ángulo de rotación correspondiente AX, AY, AZ, o representativa de la velocidad angular correspondiente. Debe entenderse que, si los tres giroscopios 41,42 y 43 proporcionan los valores de tres velocidades angulares, será necesario proceder a la integración de dichas velocidades angulares para obtener la medición de los tres ángulos de rotación AX, AY, AZ.
Preferentemente, los sensores de traslación 44, 45 y 46 son acelerómetros, por ejemplo, acelerómetros mecánicos, acústicos, de vibración, piezoeléctricos, capacitivos, MEMS, magnéticos u ópticos. Debe entenderse que será necesario proceder a la doble integración de las aceleraciones medidas por dichos acelerómetros 44, 45 y 46 para obtener la medición de los tres movimientos XC, YC, ZC. También debe entenderse que la medición del movimiento ZC, representativo de la profundidad a la que se localizan el armazón de soporte 21 y el dispositivo de excavación 20, también puede realizarse a través del uso de diferentes sensores y métodos, por ejemplo, a través del uso de un codificador asociado al cabrestante 6 o a través de sensores, solo a modo de ejemplo, sensores ópticos, para leer el desenrollado del elemento de suspensión 5 del cabrestante 6.
El sistema sensor 40, o solo un grupo de sensores pertenecientes a dicho sistema sensor 40, puede asociarse con el armazón de soporte 21 a través del uso de plataformas estabilizadas, o puede constreñirse rígidamente al propio armazón de soporte 21. Si el sistema sensor 40 está asociado con el armazón de soporte 21 a través del uso de plataformas estabilizadas, sería posible mantener el sistema sensor 40 siempre alineado con el sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z, de manera que las aceleraciones medidas por los acelerómetros 44, 45 y 46 sean las aceleraciones del armazón de soporte 21 con respecto a dicho sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z. Si el sistema sensor 40 está rígidamente constreñido al armazón de soporte 21, las aceleraciones medidas por los acelerómetros 44, 45 y 46 serían las aceleraciones del armazón de soporte 21 con respecto al sistema de referencia ortogonal relativo P, Q, R y, por lo tanto, sería necesario proyectar dichas aceleraciones en el sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z conociendo la orientación del armazón de soporte 21 con respecto a dicho sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z.
El armazón de soporte 21 tiene, en general, una forma sustancialmente de paralelepípedo, con la dimensión más larga a lo largo del eje longitudinal R, y puede tener una estructura constructiva tubular o en forma de caja. En el armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20 es posible aproximar cuatro superficies laterales exteriores, dos de las cuales son paralelas al plano R-Q y dos son paralelas al plano R-P. Preferentemente, la sección del armazón de soporte 21 es más pequeña tanto que la sección real de la excavación como que el espacio ocupado por las herramientas de excavación 22, determinando de esta manera la presencia de huecos entre las superficies laterales exteriores del armazón de soporte 21 y las paredes laterales de la excavación. Estos huecos permiten alojar tanto los aparatos de medición de perfiles 30 como las pantallas protectoras 28, que sobresalen al menos parcialmente con respecto a las superficies laterales exteriores del armazón de soporte 21. Dichas pantallas protectoras 28 se describirán mejor con referencia a las figuras 3A y 3B.
Los aparatos de medición de perfiles 30 están asociados preferentemente cerca de las superficies laterales exteriores del armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20, con el fin de extenderse sobresaliendo con respecto a dichas superficies laterales del armazón de soporte 21 en un plano sustancialmente perpendicular al eje longitudinal R, y orientados hacia las paredes laterales de la excavación. En una variante de realización equivalente, los aparatos de medición de perfiles 30 podrían estar asociados cerca de la superficie superior o la superficie inferior del armazón de soporte 21 del dispositivo de excavación 20, con el fin de extenderse en un plano sustancialmente perpendicular al eje longitudinal R, orientados hacia las paredes laterales de la excavación. Preferentemente, hay al menos cuatro aparatos de medición de perfiles 30 y al menos uno de los mismos está asociado, respectivamente, cerca de cada superficie lateral exterior del armazón de soporte 21. Preferentemente, los aparatos de medición de perfiles 30 están instalados en el armazón de soporte 21 con el fin de formar al menos un primer grupo, compuesto por al menos cuatro aparatos de medición de perfiles 30 dispuestos todos a la misma altura a lo largo del eje longitudinal R. En otras palabras, todos los aparatos de medición de perfiles 30 se encuentran en un mismo plano paralelo al plano P-Q y están instalados de manera que al menos dos primeros aparatos de medición de perfiles 30 se extienden sustancialmente en la dirección del eje P, con direcciones opuestas entre sí, y al menos dos segundos aparatos de medición de perfiles 30 se extienden sustancialmente en la dirección del eje Q, con direcciones opuestas entre sí. Los aparatos de medición de perfiles 30 están dispuestos, por lo tanto, por parejas a lo largo de dos ejes respectivos P, Q perpendiculares entre sí. De esta manera, un aparato de medición de perfiles 30 actuará sobre cada una de las cuatro paredes laterales de la excavación.
En una segunda realización del dispositivo de medición 23, los aparatos de medición de perfiles 30 pueden instalarse con el fin de formar más grupos en un mismo armazón de soporte 21. En particular, cada grupo está compuesto por al menos cuatro aparatos de medición de perfiles 30 dispuestos a la misma altura a lo largo del eje longitudinal R, es decir, situados en un mismo plano paralelo al plano P-Q e instalados de manera que al menos dos primeros aparatos de medición de perfiles 30 se extiendan sustancialmente en la dirección del eje P, con direcciones opuestas entre sí, y al menos dos segundos aparatos de medición de perfiles 30 se extiendan sustancialmente en la dirección del eje Q, con direcciones opuestas entre sí.
Las figuras 3A y 3B muestran una realización preferida de un aparato de medición de perfiles 30, en las configuraciones operativas de inclinación mínima y máxima. El aparato de medición de perfiles 30 consiste en una base 38 para conectarse al armazón de soporte 21. Sobre esta base 38 se articula un brazo móvil 37 que soporta al menos un elemento detector 35, alrededor de un primer pasador 39. El elemento detector 35, preferentemente un rodillo detector, está constreñido al extremo opuesto del brazo móvil 37 con respecto al primer pasador 39. El rodillo detector 35 se conecta al brazo móvil 37 a través de un segundo pasador 34 que le permite rotar libremente. A continuación, el brazo móvil 37 se conecta a la base 38 a través de un amortiguador 25, cuya longitud total L determina la inclinación del brazo móvil 37 con respecto a la base 38.
En una realización, el amortiguador 25 comprende un elemento extraíble 26 y una parte fija 27, y, por lo tanto, puede variar su longitud total L, pasando de una condición completamente contraída a una condición completamente extendida. Esta variación de la longitud total L del amortiguador 25 corresponde a una rotación angular del brazo móvil 37 con respecto al primer pasador 39, de manera que el brazo móvil 37 pueda pasar de una inclinación mínima a una inclinación máxima con respecto a la base 38. La inclinación máxima del brazo móvil 37 puede limitarse a través de una carrera final mecánica ajustable.
Cada amortiguador 25 comprende, dentro de la parte fija 27, un elemento elástico 32 que ejerce una fuerza de reacción elástica sobre el elemento extraíble 26. La fuerza de reacción elástica tiende a mantener el brazo móvil 37 inclinado a la inclinación máxima permitida, en otras palabras, con el amortiguador 25 completamente retirado y el rodillo detector correspondiente 35 en una posición en la que sobresale al máximo del armazón de soporte 21, a menos que dicha fuerza de reacción elástica se vea superada por una fuerza externa. Preferentemente, el elemento elástico 32 es un resorte mecánico, pero podría consistir ventajosamente en un resorte de gas o cualquier otro elemento capaz de ejercer una fuerza de reacción elástica.
El amortiguador 25 está equipado con instrumentos, es decir, comprende al menos un transductor de posición 33 para medir la longitud total L de dicho amortiguador 25, en particular, detectando la posición relativa del elemento extraíble 26 con respecto a la parte fija 27. El transductor de posición 33 envía al sistema de procesamiento de datos 8 una señal representativa de la posición del elemento extraíble 26, permitiendo el cálculo de la longitud total L del amortiguador 25. De esta manera, conociendo la longitud del brazo móvil 37, las dimensiones del elemento detector 35 y las posiciones de los puntos de articulación del amortiguador 25, es posible calcular, en función de la posición del elemento extraíble 26, la inclinación del brazo móvil 37 y la posición de la superficie exterior del elemento detector 35 con respecto a la base 38.
Cada aparato de medición de perfiles 30 está fijado al armazón de soporte 21 del dispositivo de medición 23 de manera que, a medida que varía la inclinación del brazo móvil 37, varía la distancia de la superficie exterior del elemento detector 35 con respecto a las superficies laterales exteriores del armazón de soporte 21. En particular, dicha fijación significa que, a medida que varía la inclinación del brazo móvil 37, la distancia de la superficie exterior del elemento detector 35 con respecto al eje longitudinal R del armazón de soporte 21 varía en una dirección perpendicular a dicho eje.
Preferentemente, el armazón de soporte 21 está equipado con una o más pantallas protectoras 28 (figuras 3A y 3B) que están configuradas para sobresalir de una superficie lateral exterior correspondiente del armazón de soporte 21 en una cantidad tal que, en una determinada condición operativa del armazón de soporte 21, en otras palabras, cuando el aparato de medición de perfiles 30 está en la inclinación mínima, los aparatos de medición de perfiles 30 permanecen dentro del espacio ocupado por cada pantalla protectora 28.
En otras palabras, en dicha condición operativa del armazón de soporte 21, cada pantalla protectora 28 sobresale de la superficie lateral exterior correspondiente del armazón de soporte 21 en una cantidad mayor con respecto a lo que sobresale cada aparato de medición de perfiles 30. De esta manera, cuando el dispositivo de medición 23 está dentro de la excavación y el armazón de soporte 21 descansa sobre una pared de la excavación, la fuerza derivada de dicho contacto recaería completamente sobre la pantalla protectora 28 y no sobre el aparato de medición de perfiles 30.
Con el fin de poder anular el efecto de la presión hidrostática ejercida por la solución fluida de estabilización presente dentro del sitio de excavación y que aumenta a medida que aumenta la profundidad de excavación, cada aparato de medición de perfiles 30 está provisto de un miembro de equilibrio de presión 31, configurado para ejercer una fuerza sobre el elemento extraíble 26 que es igual y opuesta a la ejercida sobre dicho elemento extraíble 26 por la presión hidrostática. El miembro de equilibrio de presión 31 está en comunicación con el elemento extraíble 26 y con la solución fluida de estabilización de manera que, dentro de la parte fija 27, es posible transferir la presión de dicha solución fluida al elemento extraíble 26, con el fin de ejercer sobre el mismo una fuerza igual y opuesta a la ejercida por la solución fluida de estabilización presente dentro de la excavación. Con el fin de mantener limpia la superficie exterior de cada elemento detector 35, se proporciona al menos un elemento de raspado correspondiente 36.
Con referencia a las figuras 3A, 3B y 4 se describirá a continuación un modo operativo preferido del dispositivo de medición 23 objeto de la invención. En particular, la figura 4 muestra el caso en el que el armazón de soporte 21 del dispositivo de medición 23 es un único armazón de soporte 21 que soporta tanto dicho dispositivo de medición 23 como el dispositivo de excavación 20.
Durante el inicio de la etapa de excavación, el dispositivo de excavación 20 puede colocarse con las herramientas de excavación 22 al nivel de suelo 51, o puede insertarse en una excavación previa que tenga una profundidad al menos comparable a la altura del dispositivo de excavación 20. El dispositivo de excavación 20 se coloca de manera que el eje longitudinal R del armazón de soporte 21 coincida con el eje de diseño teórico 60.
Durante la etapa de avance de la excavación y, más en general, durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23 en un segmento de excavación ya realizado (esta condición se produce, por ejemplo, en caso de que el armazón de soporte 21 contenga solo el dispositivo de medición 23 y no también el dispositivo de excavación 20), los elementos detectores 35 de los aparatos de medición de perfiles 30 permanecen siempre y de manera autónoma en contacto con la pared lateral correspondiente del sitio de excavación hacia la que se orienta cada aparato de medición de perfiles 30, sin ejercer una fuerza que deforme la propia pared, por medio de la fuerza de reacción elástica ejercida por el elemento elástico 32 sobre el elemento extraíble 26. De esta manera, cada aparato de medición de perfiles 30 sigue exactamente el perfil real 65 de la pared lateral correspondiente del sitio de excavación a lo largo de toda la profundidad de excavación.
Simplemente como ejemplo, debe entenderse de la figura 4 que el perfil real 65 de una pared lateral del sitio de excavación, por ejemplo, una pared lateral del sitio de excavación sustancialmente paralela al plano Z-Y, debe interpretarse como la línea que se deriva de la intersección entre dicha pared lateral del sitio de excavación y un plano paralelo al plano Z-X que pasa a través del punto de contacto entre la pared lateral y el elemento detector 35 perteneciente al aparato de medición de perfiles 30 que se orienta hacia dicha pared lateral del sitio de excavación. Las áreas rugosas o las cavidades del perfil real 65 de la pared de la excavación determinan, respectivamente, un acercamiento o un alejamiento del elemento detector 35 de cada aparato de medición de perfiles 30 que se orienta hacia dicha pared de la excavación con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte 21 con el que está asociado dicho aparato de medición de perfiles 30. Este acercamiento o alejamiento del elemento detector 35 tiene lugar en un plano sustancialmente perpendicular al eje longitudinal R. En particular, la geometría del aparato de medición de perfiles 30 se determina de manera que, durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23, no haya un atasco del elemento detector 35 contra las paredes de la excavación con el fin de evitar la rotura del propio dispositivo de medición 23.
En particular, con referencia a la figura 3B, puede entenderse que el contacto entre las áreas rugosas de la pared y el rodillo detector 35 sólo puede tener lugar en la parte del rodillo 35 que sobresale con respecto a la pantalla protectora 28. La disposición de los puntos de apoyo del aparato de medición de perfiles 30 es tal que cualquier fuerza de contacto aplicada sobre la parte mencionada anteriormente del rodillo 35, independientemente de la dirección de la fuerza, genera una reducción de la inclinación del brazo móvil 37, es decir, un acercamiento del rodillo 35 hacia el eje longitudinal R del armazón de soporte 21.
Al final de la excavación, o en todo caso una vez que se ha alcanzado la profundidad de diseño, el armazón de soporte 21 inevitablemente habrá sufrido traslaciones y rotaciones involuntarias, tanto por las irregularidades del suelo, como por el hecho de que es imposible controlar perfectamente la dirección de avance del dispositivo de excavación 20. Dichas traslaciones y rotaciones garantizan que, al final de la ejecución de la excavación o, en todo caso, al final del descenso del dispositivo de medición 23 en la excavación, el eje longitudinal R del armazón de soporte 21 no coincida con el eje de diseño teórico 60.
Preferentemente, pero no con fines limitantes, la medición de la excavación a través del dispositivo de medición 23 se realiza al final de la etapa de avance de la excavación, realizando una carrera de subida del dispositivo de medición 23 desde el fondo de la excavación hasta el nivel de suelo 51. Durante dicha carrera de subida, el armazón de soporte 21, además de una traslación en la dirección del eje Z, también es objeto de pequeñas y repetidas traslaciones en el plano X-Y debidas a los espacios libres presentes tanto entre el armazón de soporte 21 y las paredes laterales de la excavación, como entre las posibles herramientas de excavación 22 y dichas paredes. Debido a dichas traslaciones en el plano X-Y, el centro geométrico C del armazón de soporte 21 se mueve, momento a momento, con respecto al eje de diseño teórico 60 las cantidades XC e YC, representativas de las traslaciones del armazón de soporte 21 en un plano perpendicular al eje de diseño teórico 60. ZC indica la altura del centro geométrico C con respecto al nivel de suelo 51, siendo dicha altura ZC representativa de la profundidad de excavación.
Durante la carrera de subida del dispositivo de medición 23, el armazón de soporte 21 y el dispositivo de excavación 20 también pueden sufrir rotaciones alrededor de los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto, formando los ángulos AX, AY, AZ representativos de la orientación del armazón de soporte 21 con respecto a dicho sistema de referencia ortogonal absoluto con dichos ejes.
Durante la carrera de subida del dispositivo de medición 23, los elementos detectores 35 de los aparatos de medición de perfiles 30 permanecen siempre y de manera autónoma en contacto con la pared lateral correspondiente del sitio de excavación hacia la que se orienta cada aparato de medición de perfiles 30, sin ejercer una fuerza que deforme la propia pared, por medio de la fuerza de reacción elástica ejercida por el elemento elástico 32 sobre el elemento extraíble 26. De esta manera, cada aparato de medición de perfiles 30 sigue exactamente el perfil real 65 de la pared lateral correspondiente del sitio de excavación a lo largo de toda la profundidad de excavación.
Las áreas rugosas o las cavidades del perfil real 65 de la pared del sitio de excavación determinan, respectivamente, un acercamiento o un alejamiento del elemento detector 35 del aparato de medición de perfiles 30 que se orienta hacia dicha pared del sitio de excavación con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte 21 con la que está asociado dicho aparato de medición de perfiles 30. Este acercamiento o alejamiento del elemento detector 35 tiene lugar en un plano sustancialmente perpendicular al eje longitudinal R. En particular, la geometría de cada aparato de medición de perfiles 30 se determina de manera que, durante una carrera ascendente del dispositivo de medición 23, no se produce el atasco del elemento detector 35 contra las paredes de la excavación con el fin de evitar la rotura del propio dispositivo de medición 23.
AP (véase la figura 4) indica la distancia, con respecto a una superficie exterior del armazón de soporte 21 normal al eje P, del punto de contacto entre el elemento detector 35 de un aparato de medición de perfiles 30 que se extiende sustancialmente en la dirección del eje P y la pared lateral del sitio de excavación que se orienta hacia dicha superficie del armazón 21. Por lo tanto, la distancia AP se mide a lo largo del eje P en el punto de contacto entre el elemento detector 35 y la pared de la excavación.
AQ indica la distancia, con respecto a una superficie exterior del armazón de soporte 21 normal al eje Q, del punto de contacto entre el elemento detector 35 de un aparato de medición de perfiles 30 que se extiende sustancialmente en la dirección del eje Q y la pared lateral del sitio de excavación que se orienta hacia dicha superficie del armazón 21. Por lo tanto, la distancia AQ se mide a lo largo del eje Q en el punto de contacto entre el elemento detector 35 y la pared de la excavación.
Conociendo la geometría del aparato de medición de perfiles 30 y la posición del pasador 39 del brazo móvil 37 con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte 21 con el que está asociado dicho aparato de medición de perfiles 30, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula la distancia AP de la pared de la excavación en la que el elemento detector 35 permanece en contacto con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte 21. En particular, conociendo la orientación de la base 38 para conectar el aparato de medición de perfiles 30 es posible definir un valor AP0, representativo de la distancia AP cuando el elemento extraíble 26 tiene una carrera igual a cero, y es posible que el sistema de procesamiento de datos 8 calcule la distancia AP basándose en la señal representativa de la posición del elemento extraíble 26 enviada por el transductor de posición 33 a dicho sistema de procesamiento de datos 8. Preferentemente, los datos representativos de la geometría del aparato de medición de perfiles 30 están precargados dentro del sistema de procesamiento de datos 8, o pueden insertarse manualmente por el operario a través del monitor 9.
APC (véase la figura 4) indica la distancia, con respecto al eje longitudinal R del armazón de soporte 21, del punto de contacto entre el elemento detector 35 de un aparato de medición de perfiles 30 que se extiende sustancialmente en la dirección del eje P y la pared de la excavación en la que tiene lugar el contacto. Por lo tanto, la distancia APC se mide a lo largo del eje P en el punto de contacto entre el elemento detector 35 y la pared de la excavación.
AQC indica la distancia, con respecto al eje longitudinal R del armazón de soporte 21, del punto de contacto entre el elemento detector 35 de un aparato de medición de perfiles 30 que se extiende sustancialmente en la dirección del eje Q y la pared de la excavación en la que tiene lugar el contacto. Por lo tanto, la distancia AQC se mide a lo largo del eje Q en el punto de contacto entre el elemento detector 35 y la pared de la excavación.
Conociendo la geometría del aparato de medición de perfiles 30, conociendo la geometría del armazón de soporte 21, en otras palabras, conociendo la forma y los tamaños predeterminados de dicho armazón de soporte 21, y conociendo la posición del pasador 39 del brazo móvil 37 con respecto al eje longitudinal R del armazón de soporte 21, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula las distancias APC y AQC de las paredes de la excavación desde el eje longitudinal del armazón de soporte 21. El sistema de procesamiento de datos 8 calcula las distancias APC y AQC basándose en la señal representativa de la posición del elemento extraíble 26 enviada a dicho sistema de procesamiento de datos 8 por el transductor de posición 33 de cada aparato de medición de perfiles 30.
La figura 5 aclara aún más la operación del dispositivo de medición 23 objeto de la invención. Como ejemplo, se muestran tres secciones reales de la excavación, indicadas con D-D, E-E, F-F, dispuestas a diferentes profundidades de excavación ZC. En particular, la sección D-D coincide con la sección de diseño, la sección E-E tiene un derrumbe y la sección F-F está trasladada con respecto a la sección de diseño. Por razones de simplicidad, la operación se ilustrará con referencia a la sección E-E y se supondrá que el dispositivo de medición 23 comprende cuatro aparatos de medición de perfiles 30 dispuestos todos a la misma altura a lo largo del eje longitudinal R, es decir, todos situados en un mismo plano paralelo al plano P-Q. A través de los cuatro aparatos de medición de perfiles 30, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula cuatro distancias, dos de las cuales son APC y dos aQc , de las paredes de la excavación desde el eje longitudinal R del armazón de soporte 21. Por razones de simplicidad, se atribuye un signo positivo a la distancia APC identificada en la dirección del eje P evaluado con una dirección de acuerdo con el mismo y se atribuye un signo positivo a la distancia AQC identificada en la dirección del eje Q evaluado con una dirección de acuerdo con el mismo. De manera similar, se atribuye un signo negativo a la distancia APC identificada en la dirección del eje P evaluado con una dirección no de acuerdo con el mismo y se atribuye un signo negativo a la distancia AQC identificada en la dirección del eje Q evaluado con una dirección no de acuerdo con el mismo.
Conociendo los ángulos de rotación AX, AY, AZ del armazón de soporte 21 alrededor de los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto, el sistema de procesamiento de datos 8 proyecta las distancias APC y AQC en los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto. Conociendo tanto los ángulos de rotación AX, AY, AZ del armazón de soporte 21 alrededor de los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto, como los movimientos XC e YC del centro geométrico C del armazón de soporte 21 con respecto al eje de diseño teórico 60, y conociendo al menos una distancia APC o AQC de al menos una pared de la excavación desde el eje longitudinal R del armazón de soporte 21, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula la distancia de dicha al menos una pared de la excavación con respecto al eje de diseño teórico 60.
En particular, en la realización preferida, conociendo tanto los ángulos de rotación AX, AY, AZ del armazón de soporte 21 alrededor de los ejes X, Y, Z del sistema de referencia ortogonal absoluto, como los movimientos XC e YC del centro geométrico C del armazón de soporte 21 con respecto al eje de diseño teórico 60, y conociendo al menos cuatro distancias, al menos dos de las cuales son APC y al menos dos son AQC, de las paredes de la excavación desde el eje longitudinal R del armazón de soporte 21, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula el área real y la forma real de la sección real E-E de la excavación y la posición de dicha sección real con respecto a dicho sistema de referencia ortogonal absoluto y con respecto a la sección de diseño. Preferentemente, la forma real se aproxima a un rectángulo. En otras palabras, el sistema de procesamiento de datos 8 es capaz de calcular tanto los lados de la sección rectangular de la excavación (por lo tanto, el área real y la forma real de la sección real de la excavación, es decir, también cuánto puede alargarse el rectángulo de la sección real), como también la manera en la que se coloca dicho rectángulo con respecto al centro geométrico C del armazón de soporte 21. En la realización preferida del dispositivo de medición 23, que proporciona cuatro aparatos de medición de perfiles 30 dispuestos todos a la misma altura a lo largo del eje longitudinal R, dicha disposición de los aparatos de medición de perfiles 30 es ventajosa, ya que permite la medición simultánea de las distancias APC y AQC de una misma sección real de la excavación.
Con el fin de realizar la medición de la excavación cuando sube, una vez que se ha alcanzado la posición de inicio de medición:
- se detiene el movimiento del dispositivo de medición 23 y dicha posición se considera como el punto inicial de la trayectoria del centro geométrico C del armazón de soporte 21;
- una velocidad cero se considera como la velocidad de medición inicial;
- la orientación del armazón de soporte 21 se considera como la orientación de medición inicial;
- se miden los ángulos de rotación AX, AY, AZ del armazón de soporte 21, así como las distancias APC y AQC de las paredes de la excavación desde el eje longitudinal R del armazón de soporte 21;
- se calcula el área real y la forma real de la sección real inicial de la excavación medida;
- el dispositivo de medición 23 se mueve hacia arriba, con una traslación sustancialmente vertical y las mediciones se realizan a intervalos de la profundidad ZC a lo largo de toda la profundidad de excavación. A cada altura ZC, basándose en los valores de los tres ángulos de rotación AX, AY, AZ medidos por los tres sensores de rotación 41,42 y 43, así como basándose en los valores de los tres movimientos XC, YC, ZC medidos por los tres sensores de traslación 44, 45 y 46, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula tanto la trayectoria 62 del centro geométrico C del armazón de soporte 21 con respecto al punto inicial de dicha trayectoria 62, como la orientación del armazón de soporte 21 con respecto a la orientación de medición inicial. A cada altura ZC, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula la trayectoria del centro geométrico C interpolando las posiciones de dicho centro geométrico C medido en las alturas anteriores, desde el punto inicial de la trayectoria;
- durante el movimiento del dispositivo de medición 23, basándose en las señales enviadas por el transductor de posición 33 del al menos un aparato de medición de perfiles 30, es decir, basándose en la al menos una distancia APC o AQC de la al menos una pared lateral del sitio de excavación, y basándose en las señales enviadas por los sensores de rotación 41, 42 y 43 y los sensores de traslación 44, 45 y 46, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula, a cada profundidad ZC, la distancia de dicha al menos una pared lateral del sitio de excavación con respecto al eje de diseño teórico 60. En caso de que el dispositivo de medición 23 comprenda al menos cuatro aparatos de medición de perfiles 30, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula, a cada profundidad ZC, el área real y la forma real de las secciones reales de la excavación a lo largo de toda la profundidad de excavación y la posición de dichas secciones reales con respecto a la sección real inicial de la excavación medida. A cada altura ZC, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula el perfil real 65 de al menos una pared lateral del sitio de excavación realizando una envolvente de las distancias de dicha al menos una pared lateral del sitio de excavación con respecto al eje de diseño teórico 60 medido en las alturas anteriores, desde la posición de inicio de medición;
- al final del movimiento del dispositivo de medición 23, el sistema de procesamiento de datos 8, una vez que el dispositivo de medición 23 ha tomado una determinada posición en la barra de guía 50, o en cualquier otra referencia determinada en el nivel de suelo 51, realiza un desplazamiento adecuado de la trayectoria del centro geométrico C, de manera que el punto final de la trayectoria se encuentre en el eje de diseño teórico 60. El sistema de procesamiento de datos 8 también realiza un desplazamiento adecuado del perfil real 65 de cada pared lateral del sitio de excavación, de manera que la sección real final de la excavación medida coincida con la sección de diseño. Por lo tanto, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula, con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto, la trayectoria 62 del centro geométrico C y el perfil real 65 de cada pared lateral del sitio de excavación, evaluado con respecto a una determinada posición en la barra de guía 50 o en cualquier otra referencia determinada dispuesta cerca del nivel de suelo 51;
- al final de la medición, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula, para cada pared lateral del sitio de excavación, las desviaciones en la dirección X o en la dirección Y del perfil real 65 de cada pared lateral del sitio de excavación con respecto al perfil teórico correspondiente 64 de cada pared y puede mostrar dichas desviaciones en el monitor 9. De manera más precisa, si la pared es normal al eje X, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula las desviaciones de esa pared a lo largo del eje X, mientras que, si la pared es normal al eje Y, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula las desviaciones de esa pared a lo largo del eje Y;
- al final de la medición, el sistema de procesamiento de datos 8 calcula el eje real 63 de la excavación, a través de la interpolación de los centros de simetría o, en general, de los baricentros de las secciones reales de la excavación medidas a las diferentes alturas ZC, y calcula las desviaciones en la dirección X y en la dirección Y de dicho eje real 63 de la excavación con respecto al eje de diseño teórico 60 y puede mostrar dichas desviaciones en el monitor 9;
- el sistema de procesamiento de datos 8 calcula la forma tridimensional real del sitio de excavación, basándose en la envolvente de las secciones reales de la excavación medidas a las diferentes alturas ZC, realizándose dicha envolvente sobre la base del conocimiento del eje real 63 de la excavación y el conocimiento del perfil real 65 de cada pared lateral del sitio de excavación, y calcula el volumen real de la excavación hecha. Dicha forma tridimensional real del sitio de excavación puede visualizarse en el monitor 9 y compararse con la forma tridimensional teórica. Preferentemente, los datos representativos de la geometría teórica y de la geometría de diseño de la excavación están precargados dentro del sistema de procesamiento de datos 8, o pueden insertarse manualmente por el operario a través del monitor 9.
Las consideraciones aplicadas al final de la subida del dispositivo de medición 23 se deben al hecho de que el armazón de soporte 21 alcanza el nivel de suelo 51, estando sustancialmente en el origen del sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z, y vuelve a guiarse por la barra de guía 50. De esta manera, el dispositivo de medición 23 se guía por una determinada referencia, suponiendo una determinada posición en la que el centro geométrico C se encuentra en el eje de diseño teórico 60 y la sección real de la excavación medida coincide con la sección de diseño. Este proceso de cálculo para medir la excavación tiene la ventaja de no requerir, al inicio de la medición cuando sube, conocimiento de la posición del punto inicial de la trayectoria con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto.
En caso de hacer una excavación especialmente profunda, que lleva mucho tiempo realizar, incluso más de un día, y mucho tiempo para que el dispositivo de medición 23 suba, puede resultar ventajoso un método alternativo para medir la excavación mientras sube que proporcione el uso de etapas de medición realizadas a profundidades de excavación progresivas. Para este fin, se realiza una primera medición, realizando una carrera ascendente del dispositivo de medición 23 desde una posición de inicio de medición a una primera profundidad intermedia, menor que la profundidad de diseño, hasta el nivel de suelo 51, y una carrera ascendente posterior del dispositivo de medición 23 desde la profundidad de diseño hasta dicha primera profundidad intermedia.
De manera equivalente, es posible realizar la medición realizando muchas etapas de medición, de manera que en cada etapa de medición se realiza una carrera ascendente del dispositivo de medición 23 desde una profundidad intermedia hasta la profundidad inicial intermedia de la etapa de medición anterior. De acuerdo con dicho método de medición alternativo en etapas, la profundidad alcanzada al final de la carrera ascendente de cada etapa es igual a la profundidad del inicio de la medición de la etapa anterior, excluyendo la primera etapa de medición en la que se realiza una carrera ascendente hasta el nivel de suelo 51. De una manera totalmente equivalente, el método de medición alternativo en etapas considera que el punto final de la trayectoria del centro geométrico C, al nivel de suelo 51, calculado durante la subida, se encuentra en el eje de diseño teórico 60 y considera que la sección real final de la excavación medida coincide con la sección de diseño.
En otro método de medición alternativo, el dispositivo de medición 23 también se usa para medir la excavación durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23. En este caso, se conoce el punto inicial de la trayectoria del centro geométrico C del armazón de soporte 21, dado que en la posición de inicio de medición dicho armazón de soporte 21 está adecuadamente colocado, en la barra de guía 50 o en cualquier otra referencia determinada dispuesta cerca del nivel de suelo 51, de manera que su centro geométrico C se encuentra en el eje de diseño teórico 60 y la sección real inicial de la excavación medida coincide con la sección de diseño.
De manera totalmente equivalente a la que se ha descrito en referencia al método de medición durante la subida, el método de medición durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23 en la excavación también puede realizarse tanto a través de una única carrera descendente como a través del uso de etapas de medición realizadas a profundidades de excavación progresivas. En particular, en caso de que se realicen muchas etapas de medición a profundidades de excavación progresivas durante el descenso del dispositivo de medición 23, en cada etapa de medición se realiza una carrera descendente del dispositivo de medición 23 desde la profundidad intermedia alcanzada al final de la etapa de medición anterior.
En caso de que la medición de la excavación durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23 se realice durante la etapa de avance de la excavación, es decir, con las herramientas de excavación 22 accionadas, las señales provenientes del transductor de posición 33 del elemento detector 35 y de los sensores de rotación 41, 42 y 43 y los sensores de traslación 44, 45 y 46 se filtran adecuadamente por el sistema de procesamiento de datos 8 para eliminar las perturbaciones provocadas por las vibraciones del dispositivo de medición 23. Estas señales, además de usarse para la medición de la excavación y para el cálculo de las desviaciones, pueden usarse como datos de entrada por el sistema de procesamiento de datos 8 para dar órdenes a los accionadores instalados en el dispositivo de excavación 20, por ejemplo, para controlar la velocidad de rotación de las herramientas de excavación 22, para ajustar la inclinación de dichas herramientas de excavación 22 o para accionar las aletas de guía del dispositivo de excavación 20. El sistema de procesamiento de datos 8, a través del control de los accionadores instalados en el dispositivo de excavación 20, puede realizar la corrección de la dirección de avance del dispositivo de excavación 20 y mantener las desviaciones calculadas por el dispositivo de medición 23 dentro de las desviaciones de diseño límite.
La figura 6 muestra una realización del dispositivo de medición 23 objeto de la invención. En particular, el caso en el que el armazón de soporte 21 no sea parte de un dispositivo de excavación 20, pero, en cualquier caso, también pueda aplicarse a la realización en la que se muestra el armazón de soporte 21 correspondiente al armazón de un dispositivo de excavación 20. En dicha realización alternativa del dispositivo de medición 23 objeto de la invención, con el fin de mejorar la precisión de la medición durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23, el sistema sensor 40 del dispositivo de medición 23 comprende al menos dos inclinómetros 47 y 48, dispuestos para la medición de los ángulos de rotación AX, AY, al menos tres giroscopios 41, 42 y 43, dispuestos para la medición de los ángulos de rotación AX, AY, AZ representativos de la orientación del armazón de soporte 21 con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z, y al menos dos acelerómetros 44 y 45, dispuestos para la medición de los movimientos XC, YC representativos de las traslaciones del armazón de soporte 21 en un plano X-Y perpendicular al eje de diseño teórico 60.
El uso de los dos inclinómetros 47 y 48 para la medición de los ángulos de rotación AX, AY mejora la medición de la excavación, ya que dichos inclinómetros 47 y 48 no son muy sensibles a las vibraciones del dispositivo de medición 23 y permiten una redundancia de la medición de dichos ángulos de rotación AX, AY. Esta solución puede ser especialmente ventajosa en caso de que el dispositivo de medición 23 esté asociado a un dispositivo de excavación 20 y la medición de la excavación se realice durante el avance de la excavación con las herramientas de excavación 22 accionadas.
En la realización alternativa del dispositivo de medición 23 mostrado en la figura 6, los aparatos de medición de perfiles 30 están instalados de manera que formen al menos dos grupos colocados a dos alturas diferentes a lo largo del eje longitudinal R del armazón de soporte 21 y cada grupo consiste en al menos cuatro, y preferentemente ocho, aparatos de medición de perfiles 30. En cada uno de los al menos dos grupos, al menos cuatro aparatos de medición de perfiles 30 están asociados cerca de las superficies laterales exteriores del armazón de soporte 21, de manera que un aparato de medición de perfiles 30 actuará sobre cada una de las cuatro paredes laterales del sitio de excavación.
Ventajosamente, como se muestra en la figura 6, la base 38 para la conexión al armazón de soporte 21 puede conformarse de manera que pueda asociarse con múltiples aparatos de medición de perfiles 30. De esta manera es posible simplificar ventajosamente la etapa de montaje de los aparatos de medición de perfiles 30 y reducir los costes de fabricación, gracias a la reducción del número de partes que los componen.
La realización que proporciona la presencia, dentro de un mismo grupo de aparatos de medición de perfiles 30, de muchos aparatos de medición de perfiles 30 simultáneamente en contacto en la misma pared lateral del sitio de excavación, permite una mayor precisión en la determinación del perfil real de la pared. En caso de que el dispositivo de medición 23 esté asociado con un dispositivo de excavación 20 y la medición de la excavación durante una carrera descendente del dispositivo de medición 23 se realice en una excavación hecha anteriormente, se toman ventajosamente disposiciones para mantener las herramientas de excavación 22 inactivas y no accionadas, para limitar las vibraciones del dispositivo de medición 23 y, por lo tanto, reducir la carga de cálculo y los tiempos de cálculo requeridos por el sistema de procesamiento de datos 8.
Por lo tanto, se ha observado que el dispositivo de medición de una excavación realizada con una máquina de excavación de acuerdo con la presente invención logra los fines resaltados anteriormente, obteniendo en particular las siguientes ventajas:
- el uso combinado del sistema sensor 40 y de los aparatos de medición de perfiles 30 hace posible conocer el perfil real de las paredes de la excavación tanto con respecto al armazón de soporte 21 como con respecto al eje de diseño teórico 60;
- a cualquier altura ZC, los aparatos de medición de perfiles 30 hacen posible conocer el área real y la forma real de la sección real de la excavación, mientras que el sistema sensor 40 hace posible conocer tanto la posición del centro de simetría o baricentro de la sección de excavación con respecto al eje de diseño teórico, como la manera en que se orienta dicha sección en el sistema de referencia ortogonal absoluto X, Y, Z. Conocer estas cosas hace posible calcular la forma tridimensional real del sitio de excavación y calcular el volumen del mismo. La precisión en el cálculo del volumen real de la excavación da como resultado ventajas económicas, dado que permite una mejor programación de la etapa de colada y de los medios de sitio de trabajo implicados en dicha etapa, evitando interrupciones de la colada debidas a falta de cemento, o evitando desperdicios debidos a una sobrestimación preventiva de la cantidad de cemento necesaria; la consiguiente mejor programación de la etapa de colada hace posible evitar intervalos de tiempo excesivos entre una etapa de colada y la siguiente, garantizando un endurecimiento uniforme del cemento y, por lo tanto, una mejor calidad del panel fabricado;
- conocer la forma tridimensional real del sitio de excavación y, por lo tanto, del panel fabricado, permite un cálculo preciso de las superposiciones de los paneles adyacentes de una pared de diafragma, así como la evaluación de la calidad de las juntas de sellado realizadas;
- el dispositivo de medición de acuerdo con la presente invención permite realizar mediciones a mayores profundidades con respecto a las herramientas de medición conocidas, debido a que no está influenciado ni por la turbidez del fluido de soporte de la excavación, ni por la longitud del cable de suspensión, es decir, la precisión de la medición de la excavación es independiente de las posibles oscilaciones del propio dispositivo de medición dentro de la excavación;
- la posibilidad de realizar una medición precisa de la forma tridimensional real del sitio de excavación y de las desviaciones del eje de excavación real y del perfil real de las paredes de la excavación durante el avance del dispositivo de excavación hace posible dar órdenes a los accionadores para corregir la dirección de excavación, asociada con dicho dispositivo de excavación, para mejorar la verticalidad de la excavación;
- la presencia de los amortiguadores en los aparatos de medición de perfiles hace posible mantener los elementos detectores respectivos siempre en contacto con las paredes de la excavación, sin ejercer fuerzas de intensidad tal como para desviar el dispositivo de medición o de intensidad tal como para deformar las paredes de la excavación; - cuando los aparatos de medición de perfiles están en posición de mínima inclinación (figura 3A), los elementos detectores permanecen preferentemente dentro del espacio ocupado por las pantallas protectoras del armazón de soporte. De esta manera, cuando dichas pantallas entran en contacto con las paredes de la excavación, el peso del dispositivo de medición se descarga en las pantallas, evitando daños en los aparatos de medición de perfiles; - la operación de los aparatos de medición de perfiles, que se basa en un contacto mecánico del elemento detector en las paredes de la excavación, no se ve afectada por la turbidez de la solución de estabilización presente en la excavación. Además, dichos aparatos de medición de perfiles no requieren un sistema de alimentación hidráulico o neumático ya que no comprenden accionadores;
- es ventajoso fabricar el aparato de medición de perfiles en el que el elemento detector es un rodillo, por ejemplo, con respecto a una placa, dado que el rodillo hace posible tener un área de contacto entre la pared y el propio rodillo que se extiende solo en una línea, en lugar de sobre una superficie. Por lo tanto, el rodillo logra seguir la forma de la pared con gran precisión, pudiendo insertarse en los rebajes incluso pequeños de la pared, a diferencia de una placa que, descansando en la pared en al menos tres puntos, tendería a promediar tanto las áreas rugosas como los rebajes, disponiéndose tangente a los mismos. Además, la forma de rodillo del elemento detector evita que dicho elemento detector se atasque en las paredes de la excavación.
El dispositivo de medición de un sitio de excavación de la presente invención concebido de este modo puede, en cualquier caso, sufrir numerosas modificaciones y variantes, todas las cuales están cubiertas por el mismo concepto inventivo; además, todos los detalles pueden reemplazarse por elementos técnicamente equivalentes. En la práctica, los materiales usados, así como las formas y los tamaños, pueden ser cualquiera de acuerdo con los requisitos técnicos.
Por lo tanto, el alcance de protección de la invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de medición (23) para medir un sitio de excavación, comprendiendo el dispositivo de medición (23):
- al menos un armazón de soporte (21) que tiene una forma y unos tamaños predefinidos, dispuesto para insertarse en el sitio de excavación, estando dicho armazón de soporte (21) conectado a un elemento de suspensión (5) para moverse dentro del sitio de excavación;
- al menos un primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30), que consiste en al menos cuatro aparatos de medición de perfiles (30);
- al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30) que consiste en al menos cuatro aparatos de medición de perfiles (30);
- estando dichos aparatos de medición de perfiles (30) de cada grupo dispuestos de manera que al menos dos primeros aparatos de medición de perfiles (30) se extienden sustancialmente en la dirección de un primer eje (P) de un sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), en direcciones opuestas entre sí, y al menos dos segundos aparatos de medición de perfiles (30) se extienden sustancialmente en la dirección de un segundo eje (Q) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), en direcciones opuestas entre sí, en donde dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R) es integral con el armazón de soporte (21) y se origina en el centro geométrico (C) de dicho armazón de soporte (21),
- estando dicho al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30) colocado a una altura diferente con respecto a dicho primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30) a lo largo de un eje (R) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R), extendiéndose dicho eje (R) de dicho sistema de referencia ortogonal relativo (P, Q, R) sustancialmente en paralelo a un eje (Z) de dicho sistema de referencia ortogonal absoluto (X, Y, Z);
- cada aparato de medición de perfiles (30), asociado con el armazón de soporte (21) y adaptado para orientarse hacia al menos una pared lateral correspondiente del sitio de excavación para medir la distancia (AP, AQ) de dicha pared lateral del sitio de excavación con respecto a dicha superficie lateral exterior del armazón de soporte (21), estando cada aparato de medición de perfiles (30) provisto de al menos un elemento detector (35) dispuesto para permanecer en contacto con dicha pared lateral correspondiente a lo largo de toda la profundidad del sitio de excavación;
- un sistema sensor (40) asociado con el armazón de soporte (21), comprendiendo dicho sistema sensor (40) al menos tres sensores de rotación (41, 42, 43) configurados para medir al menos tres rotaciones correspondientes (AX, AY, AZ) del armazón de soporte (21) con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto predefinido (X, Y, Z), y al menos dos sensores de traslación (44, 45) configurados para medir al menos dos traslaciones correspondientes (XC, XY) de dicho armazón de soporte (21) con respecto a un eje (60) de dicho sistema de referencia ortogonal absoluto (X, Y, Z); y
- un sistema de procesamiento de datos (8) que se proporciona para calcular la forma tridimensional real del sitio de excavación basándose en los datos de rotación (Ax , Ay , AZ) y de traslación (XC, YC) medidos por dicho sistema sensor (40), basándose en la distancia (AP, AQ) de las paredes laterales del sitio de excavación con respecto a la superficie lateral exterior del armazón de soporte (21) medida por el al menos un primer grupo de aparatos de medición de perfiles (30) y por el al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30), y basándose en la forma y los tamaños predefinidos del armazón de soporte (21).
2. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el armazón de soporte (21) es el armazón estructural de un dispositivo de excavación (20), comprendiendo dicho dispositivo de excavación (20) una o más herramientas de excavación o corte (22) conectadas a dicho armazón de soporte (21).
3. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que cada aparato de medición de perfiles (30) consiste en una base (38) que se conecta al armazón de soporte (21), en donde un brazo móvil (37) que soporta al menos un elemento detector (35) está articulado en dicha base (38) alrededor de un primer pasador (39) con el fin de extenderse sobresaliendo en una dirección sustancialmente normal con respecto a una superficie lateral exterior de dicho armazón de soporte (21), y en donde dicho brazo móvil (37) se conecta a continuación a dicha base (38) por medio de un amortiguador (25) provisto de al menos un transductor de posición (33), estando dicho al menos un transductor de posición (33) dispuesto para enviar al sistema de procesamiento de datos (8) una señal para calcular la inclinación del brazo móvil (37) y la posición de la superficie exterior del elemento detector (35) con respecto al armazón de soporte (21).
4. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que cada amortiguador (25) comprende un elemento extraíble (26) y una parte fija (27), siendo dicho amortiguador (25) capaz de variar, por lo tanto, su longitud total (L) pasando de una condición completamente contraída a una condición completamente extendida.
5. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que cada amortiguador (25) comprende, además, dentro de la parte fija (27), un elemento elástico (32) que ejerce una fuerza de reacción elástica sobre el elemento extraíble (26), manteniendo dicha fuerza de reacción elástica el brazo móvil (37) ladeado a la máxima inclinación permitida, es decir, con el amortiguador (25) completamente extraído y el rodillo detector correspondiente (35) en una posición en la que sobresale al máximo del armazón de soporte (21).
6. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que cada aparato de medición de perfiles (30) está provisto de un miembro de equilibrio de presión (31) configurado para compensar el efecto de la presión hidrostática de una solución fluida de estabilización posiblemente presente dentro del sitio de excavación.
7. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que cada elemento detector (35) consiste en un rodillo constreñido de manera rotatoria, por medio de un segundo pasador (34), al extremo opuesto del brazo móvil (37) con respecto al primer pasador (39).
8. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el al menos un aparato de medición de perfiles (30) comprende al menos un elemento de raspado (36) dispuesto para mantener limpia la superficie exterior de un rodillo detector correspondiente (35).
9. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que cada sensor de rotación (41, 42, 43) consiste en un giroscopio.
10. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que comprende tres sensores de traslación (44, 45, 46) configurados para medir tres traslaciones correspondientes (XC, YC, ZC) de dicho armazón de soporte (21).
11. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que dichos al menos dos sensores de traslación (44, 45, 46) consisten en un acelerómetro.
12. Dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que el armazón de soporte (21) está provisto de una o más pantallas protectoras (28) que están configuradas para sobresalir de una superficie lateral exterior correspondiente de dicho armazón de soporte (21) en una cantidad tal que los aparatos de medición de perfiles (30) permanecen dentro del volumen de cada pantalla protectora (28) bajo una condición operativa específica de dicho armazón de soporte (21).
13. Un método para medir un sitio de excavación usando un dispositivo de medición (23) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, comprendiendo el método las etapas de:
- insertar el dispositivo de medición (23) en el sitio de excavación;
- mover el dispositivo de medición (23) en el sitio de excavación;
- medir, por medio de dicho al menos un primer grupo y dicho al menos un segundo grupo de aparatos de medición de perfiles (30), la distancia
(AP, AQ) de las paredes laterales del sitio de excavación con respecto a una superficie lateral exterior del armazón de soporte (21) del dispositivo de medición (23);
- medir, por medio de los sensores de rotación (41, 42, 43), los ángulos de rotación (AX, AY, AZ) del armazón de soporte (21) con respecto al sistema de referencia ortogonal absoluto predefinido (X, Y, Z);
- medir, por medio de los sensores de traslación (44, 45), las translaciones (XC, YC) del armazón de soporte (21) con respecto a un eje (60) del sistema de referencia ortogonal absoluto (X, Y, Z);
- calcular el perfil real y la forma tridimensional real de la pared lateral del sitio de excavación a través del sistema de procesamiento de datos (8) y basándose en los datos medidos.
14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las etapas de medición y de cálculo se realizan durante la subida progresiva del dispositivo de medición (23) dentro del sitio de excavación.
15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde se realizan varias etapas de medición ejecutadas a profundidades progresivas del sitio de excavación (ZC) de manera que se ejecuta una carrera ascendente del dispositivo de medición (23) en cada etapa de medición, a partir de una profundidad intermedia hasta la profundidad inicial intermedia de la etapa de medición anterior.
16. Método de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las etapas de medición y de cálculo se realizan durante el descenso progresivo del dispositivo de medición (23) dentro del sitio de excavación.
17. Método de acuerdo con la reivindicación 16, en donde se realizan varias etapas de medición ejecutadas a profundidades progresivas del sitio de excavación (ZC) de manera que se ejecuta una carrera descendente del dispositivo de medición (23) en cada etapa de medición, a partir de una profundidad intermedia alcanzada al final de la etapa de medición anterior.
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