ES2999287T3 - Testing system - Google Patents
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Abstract
Se describe un sistema de prueba (360) para determinar características del terreno. El sistema de prueba (360) incluye un medio de accionamiento (370) y un elemento de prueba (100). El elemento de prueba (100) incluye un cuerpo longitudinal (110) configurado para recibir una fuerza de accionamiento del medio de accionamiento y un extremo de penetración (114); y un conjunto de dos o más sensores intercalados a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal, cada uno de ellos configurado para proporcionar información sobre una característica del terreno. El conjunto de sensores comprende un primer sensor (130) espaciado a una primera distancia del extremo de penetración y un segundo sensor espaciado a una segunda distancia, mayor, del extremo de penetración. En uso, el medio de accionamiento está configurado para proporcionar una fuerza de accionamiento al elemento de prueba para introducir el elemento de prueba en el terreno hasta una primera profundidad del terreno, en donde el primer sensor de los dos o más sensores proporciona información sobre la característica del terreno en o a través de un nivel de elevación a medida que el elemento de prueba se introduce en el terreno hasta la primera profundidad del terreno; y proporcionar una fuerza impulsora al elemento de prueba para impulsar aún más el elemento de prueba en el suelo hasta una segunda profundidad de suelo, en donde el segundo sensor de los dos o más sensores proporciona información sobre la característica del suelo en o a través del nivel de elevación a medida que el elemento de prueba se impulsa aún más en el suelo hasta la segunda profundidad de suelo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A test system (360) for determining ground features is described. The test system (360) includes a drive means (370) and a test element (100). The test element (100) includes a longitudinal body (110) configured to receive a driving force from the drive means and a penetration end (114); and an array of two or more sensors interspersed along the length of the longitudinal body, each configured to provide information about a ground feature. The sensor array comprises a first sensor (130) spaced a first distance from the penetration end and a second sensor spaced a second, greater distance from the penetration end. In use, the drive means is configured to provide a driving force to the test element to drive the test element into the ground to a first ground depth, wherein the first of the two or more sensors provides information about the ground feature at or through an elevation level as the test element is driven into the ground to the first ground depth; and providing a driving force to the test element to further propel the test element into the soil to a second soil depth, wherein the second of the two or more sensors provides information about the soil characteristic at or through the elevation level as the test element is further propelled into the soil to the second soil depth. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Sistema de prueba Test system
La presente invención se refiere a un sistema de prueba y a un método de prueba. En particular, pero no exclusivamente, la presente invención se refiere a un sistema de prueba para determinar las características del terreno y a un método para determinar dichas características del terreno para pilotaje. The present invention relates to a test system and a test method. In particular, but not exclusively, the present invention relates to a test system for determining soil characteristics and a method for determining said soil characteristics for piling.
Antecedentes Background
Para introducir un pilote en el terreno en alta mar, normalmente se deja caer un ariete o un martillo sobre la parte de arriba del pilote desde una cierta altura. Se sabe que las características del suelo en el que se pretende introducir un pilote pueden afectar a la capacidad de introducción del pilote y al diseño general del pilote elegido. Los sistemas de prueba se utilizan como una forma de predecir las características del suelo, a partir de las cuales se pueden elegir los parámetros adecuados para introducir el pilote (por ejemplo, el nivel de energía del martillo o el número de golpes del ariete o del martillo necesarios para introducir el pilote hasta una posición final). To drive a pile into offshore soil, a ram or hammer is typically dropped onto the top of the pile from a certain height. It is known that the characteristics of the soil into which a pile is to be driven can affect the pile's driving capacity and the overall design of the chosen pile. Testing systems are used to predict soil characteristics, from which appropriate pile driving parameters can be selected (e.g., the hammer energy level or the number of ram or hammer blows required to drive the pile to its final position).
Estas pruebas conocidas incluyen una prueba de penetración de cono (CPT), que mide: resistencia de la punta; fricción del árbol; y/o presión de agua intersticial. Para una CPT, todas las mediciones se realizan en la punta del elemento de prueba a medida que se introduce hacia abajo en el suelo. Por lo tanto, las características del suelo en cada elevación se miden solo una vez a medida que el elemento de prueba se introduce en el terreno. Sin embargo, las características del suelo, tal como la fricción del suelo, pueden cambiar a medida que se introduce un pilote en el terreno (causado por un mecanismo que normalmente se conoce como fatiga por fricción del suelo). Por lo tanto, pueden existir grandes desviaciones entre las características predichas a partir de dichas pruebas y las características finales. These well-known tests include a cone penetration test (CPT), which measures: tip resistance; shaft friction; and/or pore water pressure. For a CPT, all measurements are made at the tip of the test element as it is driven downward into the ground. Therefore, soil characteristics at each elevation are measured only once as the test element is driven into the ground. However, soil characteristics, such as soil friction, can change as a pile is driven into the ground (caused by a mechanism commonly referred to as soil friction fatigue). Therefore, there can be large deviations between the characteristics predicted from such tests and the final characteristics.
En uso, los monopilotes pueden estar sujetos a grandes momentos de vuelco como resultado de las olas que actúan sobre los cimientos y del viento que actúa sobre el rotor de la turbina eólica. Estos momentos pueden ser grandes, por ejemplo, hasta 1GNm. Los métodos de prueba actuales carecen de una forma eficaz de evaluar la idoneidad del suelo para soportar un pilote sujeto a tales momentos. In use, monopiles can be subject to large overturning moments as a result of waves acting on the foundation and wind acting on the wind turbine rotor. These moments can be large, for example, up to 1 GN m. Current testing methods lack an effective way to assess the suitability of the soil to support a pile subjected to such moments.
Sería útil proporcionar un sistema/método de prueba mejorado para determinar mejor las diversas características del suelo, de modo que se puedan realizar predicciones más precisas para el pilotaje y el comportamiento in situ. It would be useful to provide an improved testing system/method to better determine the various soil characteristics so that more accurate predictions for piling and in-situ behavior can be made.
El documento WO 02/06793 A 1 divulga un accesorio de penetrómetro de funda de fricción múltiple que proporciona la capacidad única de obtener una pluralidad de mediciones de fricción de funda en cada profundidad de medición dentro de un solo sondeo. WO 02/06793 A 1 discloses a multiple friction sheath penetrometer accessory that provides the unique capability of obtaining a plurality of sheath friction measurements at each measurement depth within a single borehole.
El documento CN 106223305 B divulga un penetrómetro dinámico que considera automáticamente la corrección de energía y la respuesta dinámica, y el penetrómetro incluye un peso que cae, una cola estabilizada y una varilla de sonda en secuencia de arriba a abajo; en donde el extremo superior de la varilla de sonda está conectado con la aleta estabilizadora, el tercer extensómetro está instalado simétricamente en la pared interior del extremo superior de la varilla de sonda, y el segundo sensor de aceleración está dispuesto simétricamente en el extremo inferior de la aleta estabilizadora. Document CN 106223305 B discloses a dynamic penetrometer that automatically considers energy correction and dynamic response, and the penetrometer includes a falling weight, a stabilized tail and a probe rod in sequence from top to bottom; wherein the upper end of the probe rod is connected with the stabilizer fin, the third extensometer is symmetrically installed on the inner wall of the upper end of the probe rod, and the second acceleration sensor is symmetrically arranged at the lower end of the stabilizer fin.
El documento CN 110080194 A divulga un instrumento de inyección de presión de exploración que comprende un dispositivo de soporte de fuerza y un dispositivo de potencia, el dispositivo de soporte de fuerza comprende un sistema de conexión y un sistema de presión y elevación, el sistema de conexión comprende un sensor de presión y un mandril, y el sensor de presión está fijado al mandril y dispuesto entre el mandril y el dispositivo de potencia. Document CN 110080194 A discloses a scanning pressure injection instrument comprising a force-bearing device and a power device, the force-bearing device comprising a connection system and a pressure and lifting system, the connection system comprising a pressure sensor and a chuck, and the pressure sensor is fixed to the chuck and arranged between the chuck and the power device.
Resumen de la invención Summary of the invention
Ciertas realizaciones de la invención proporcionan la ventaja de que se pueden realizar determinaciones más precisas de las características del suelo, lo que puede informar y posteriormente mejorar las operaciones de pilotaje. Las realizaciones de acuerdo con la invención se exponen en las reivindicaciones independientes y otras realizaciones específicas se exponen en las reivindicaciones dependientes. De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de prueba según se define en la reivindicación 1. Certain embodiments of the invention provide the advantage that more accurate determinations of soil characteristics can be made, which can inform and subsequently improve piling operations. Embodiments according to the invention are set forth in the independent claims, and further specific embodiments are set forth in the dependent claims. In accordance with a first aspect of the present invention, there is provided a testing system as defined in claim 1.
La provisión de un elemento de prueba alargado con un conjunto de dos o más (o una pluralidad de) sensores intercalados a lo largo del cuerpo del mismo permite medir repetidamente una característica del terreno a una profundidad o nivel de elevación determinados a medida que el elemento de prueba se introduce en el terreno (es decir, medido por cada sensor a medida que pasa la profundidad determinada). Como tal, el efecto del proceso de introducción en la característica del terreno se puede analizar para proporcionar una caracterización del terreno más precisa que se puede utilizar para realizar las operaciones de pilotaje correspondientes (es decir, a mayor escala). Además, el sistema proporciona mediciones in situ, lo que permite la optimización de la cimentación, lo que da como resultado una cimentación más eficiente a través de un diseño optimizado. The provision of an elongated test element with an array of two or more (or a plurality of) sensors interspersed along the body thereof enables a ground feature to be repeatedly measured at a given depth or elevation as the test element is driven into the ground (i.e., measured by each sensor as it passes the given depth). As such, the effect of the driving process on the ground feature can be analyzed to provide a more accurate ground characterization that can be used to perform corresponding piling operations (i.e., on a larger scale). Furthermore, the system provides in-situ measurements, enabling foundation optimization, resulting in a more efficient foundation through optimized design.
La comparación directa de la información proporcionada sobre un nivel de elevación o profundidad particular por diferentes sensores (es decir, proporcionada cuando el elemento de prueba ha alcanzado una profundidad diferente) permite una mejor caracterización del terreno, en particular una caracterización dinámica mejorada. Direct comparison of the information provided on a particular elevation or depth level by different sensors (i.e., provided when the test element has reached a different depth) allows for improved terrain characterization, in particular improved dynamic characterization.
Los sensores de fricción permiten medir la resistencia a la introducción que experimenta el elemento de prueba. Friction sensors allow the measurement of the resistance to insertion experienced by the test element.
La fricción se puede determinar a través de mediciones locales en el elemento de prueba o se puede determinar a través de una medición de la tensión en el elemento de prueba, entre dos posiciones en el elemento de prueba, mientras que la diferencia de tensión se puede atribuir a la fricción del árbol (y potencialmente al componente de inercia) del elemento de prueba entre las dos posiciones. Friction can be determined through local measurements on the test element or can be determined through a measurement of the tension on the test element, between two positions on the test element, while the tension difference can be attributed to the friction of the shaft (and potentially the inertial component) of the test element between the two positions.
Por ejemplo, adecuadamente, al menos uno de los sensores de fricción incluye o está posicionado en un elemento de funda que rodea una sección del cuerpo longitudinal y/o, adecuadamente, al menos uno de los sensores de fricción está configurado para determinar la diferencia entre la tensión o deformación axial en el cuerpo longitudinal en diferentes posiciones longitudinales en el cuerpo longitudinal. Como el controlador está configurado para determinar el cambio en la resistencia a la introducción del elemento de prueba a medida que el elemento de prueba se introduce hacia el terreno, se puede caracterizar la fatiga por fricción del terreno circundante. For example, suitably, at least one of the friction sensors includes or is positioned in a sleeve element surrounding a section of the longitudinal body and/or, suitably, at least one of the friction sensors is configured to determine the difference between the axial stress or strain in the longitudinal body at different longitudinal positions in the longitudinal body. Since the controller is configured to determine the change in resistance to insertion of the test element as the test element is inserted into the ground, the friction fatigue of the surrounding soil can be characterized.
Adecuadamente, el elemento de prueba comprende al menos un conjunto adicional de dos o más sensores intercalados a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal, estando configurado cada uno de los dos o más sensores para proporcionar información sobre una característica adicional del terreno. Como tal, se proporciona un único elemento de prueba que puede producir una caracterización del terreno más completa, incluyendo información sobre múltiples características del terreno (por ejemplo, al menos una de fricción, presión de agua intersticial, aceleración) y cómo varía esta característica a medida que el elemento de prueba se introduce en el terreno. Suitably, the test element comprises at least one additional array of two or more sensors interspersed along the length of the longitudinal body, each of the two or more sensors configured to provide information about an additional terrain characteristic. As such, a single test element is provided that can produce a more complete terrain characterization, including information about multiple terrain characteristics (e.g., at least one of friction, pore water pressure, acceleration) and how this characteristic varies as the test element is introduced into the ground.
Adecuadamente, los dos o más sensores del conjunto adicional de sensores son sensores de presión de agua. Adecuadamente, el medio de introducción es un ensamblaje de introducción de pilotes. Adecuadamente, el ensamblaje de introducción de pilotes es un ensamblaje de introducción de pilotes continuo o discontinuo. Suitably, the two or more sensors in the additional sensor assembly are water pressure sensors. Suitably, the driving means is a pile driving assembly. Suitably, the pile driving assembly is a continuous or discontinuous pile driving assembly.
Adecuadamente, el sistema comprende además un ensamblaje de sujeción y/o un tope unido de forma extraíble al elemento de prueba, en donde la fuerza de introducción se transfiere al elemento de prueba a través del ensamblaje de sujeción o tope. Suitably, the system further comprises a clamping assembly and/or a stop removably attached to the test element, wherein the insertion force is transferred to the test element through the clamping assembly or stop.
Adecuadamente, el sistema comprende además un conjunto de al menos un sensor de aceleración. Suitably, the system further comprises an array of at least one acceleration sensor.
Adecuadamente, el ensamblaje de introducción de pilotes comprende: Suitably, the pile driving assembly comprises:
una carcasa que define una cámara, estando configurada la cámara para alojar un fluido; y medios de activación acoplados a la cámara, a housing defining a chamber, the chamber configured to accommodate a fluid; and activation means coupled to the chamber,
en donde la activación de los medios de activación desplaza la cámara con respecto al elemento de prueba, de modo que la cámara se aleja del elemento de prueba, y wherein activation of the activation means moves the camera relative to the test element such that the camera moves away from the test element, and
en donde los medios de activación están configurados para liberar la cámara para desplazarla hacia el elemento de prueba de modo que la cámara ejerza una fuerza sobre el elemento de prueba, para introducir de forma controlada el pilote en el terreno. wherein the activation means are configured to release the camera to move it towards the test element so that the camera exerts a force on the test element, to drive the pile into the ground in a controlled manner.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método para determinar características del terreno según se define en la reivindicación 8. According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for determining terrain characteristics as defined in claim 8.
Adecuadamente, el método comprende además determinar, utilizando al menos un conjunto adicional de dos o más sensores intercalados a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal, información sobre una característica adicional del terreno. Suitably, the method further comprises determining, using at least one additional set of two or more sensors interspersed along the length of the longitudinal body, information about an additional terrain feature.
Adecuadamente, el método comprende además el paso de extraer el elemento de prueba del terreno. Suitably, the method further comprises the step of extracting the evidence item from the ground.
Adecuadamente, el cuerpo longitudinal comprende una pluralidad de segmentos, en donde el elemento de prueba se introduce en el terreno introduciendo al menos parcialmente un primer segmento del cuerpo longitudinal en el terreno; uniendo un segmento adicional del cuerpo longitudinal a un extremo del primer segmento; e introduciendo al menos parcialmente el segmento adicional del cuerpo longitudinal en el terreno. Suitably, the longitudinal body comprises a plurality of segments, wherein the test element is introduced into the ground by at least partially introducing a first segment of the longitudinal body into the ground; attaching a further segment of the longitudinal body to one end of the first segment; and at least partially introducing the further segment of the longitudinal body into the ground.
Adecuadamente, el medio de introducción comprende: The means of introduction appropriately comprises:
una carcasa que define una cámara, estando configurada la cámara para alojar un fluido; y un medio de activación acoplado a la cámara, a housing defining a chamber, the chamber configured to accommodate a fluid; and an actuating means coupled to the chamber,
en donde el método comprende además los pasos de: where the method also includes the steps of:
proporcionar al ensamblaje de introducción de pilotes la cámara en una disposición coaxial con el elemento de prueba; provide the pile driving assembly with the chamber in a coaxial arrangement with the test element;
activar los medios de activación de manera que la cámara se aleje del elemento de prueba; y activate the activation means so that the camera moves away from the evidence item; and
activar además los medios de activación para liberar la cámara de manera que la cámara se desplace hacia el elemento de prueba y ejerza una fuerza sobre el elemento de prueba, para introducir de manera controlada el elemento de prueba en el terreno. further activating the activation means to release the camera so that the camera moves towards the test element and exerts a force on the test element, to introduce the test element into the ground in a controlled manner.
En un ejemplo ilustrativo que no forma parte de la invención reivindicada, se proporciona un elemento de prueba para determinar las características del terreno, el elemento de prueba que comprende: In an illustrative example not forming part of the claimed invention, a test element is provided for determining the characteristics of the terrain, the test element comprising:
el elemento de prueba que comprende: the evidence element comprising:
un cuerpo longitudinal configurado para recibir una fuerza de introducción de un medio de introducción y un extremo de penetración; y a longitudinal body configured to receive an insertion force from an insertion means and a penetration end; and
al menos dos sensores de rigidez lateral espaciados entre sí a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal; en donde cada uno de los al menos dos sensores de rigidez lateral está configurado para determinar la rigidez lateral del terreno a un nivel de elevación correspondiente una vez que el elemento de prueba se introduce a una profundidad predeterminada. at least two lateral stiffness sensors spaced apart along the length of the longitudinal body; wherein each of the at least two lateral stiffness sensors is configured to determine the lateral stiffness of the ground at a corresponding elevation level once the test element is inserted to a predetermined depth.
La disposición de un elemento de prueba alargado con al menos dos o una pluralidad de sensores de rigidez lateral permite caracterizar un perfil de rigidez lateral del terreno que rodea el elemento de prueba a medida que aumenta la profundidad. Esto proporciona información para permitir los preparativos para determinar la idoneidad del terreno para los momentos esperados aplicados al pilote. Adecuadamente, los al menos dos sensores de rigidez lateral comprenden un primer sensor espaciado a una primera distancia del extremo de penetración y un segundo sensor espaciado a una segunda distancia, más grande, del extremo de penetración. Adecuadamente, al menos uno de los sensores de rigidez lateral comprende un elemento de sonda que tiene: una posición extendida en la que el elemento de sonda sobresale del cuerpo longitudinal; y The arrangement of an elongated test element with at least two or a plurality of lateral stiffness sensors allows a lateral stiffness profile of the ground surrounding the test element to be characterized as depth increases. This provides information to enable preparations to determine the suitability of the ground for the expected moments applied to the pile. Suitably, the at least two lateral stiffness sensors comprise a first sensor spaced a first distance from the penetration end and a second sensor spaced a second, larger distance from the penetration end. Suitably, at least one of the lateral stiffness sensors comprises a probe element having: an extended position in which the probe element protrudes from the longitudinal body; and
una posición retraída en la que el elemento de sonda está alojado dentro del cuerpo longitudinal. a retracted position in which the probe element is housed within the longitudinal body.
Adecuadamente, el al menos un sensor de rigidez lateral comprende un elemento de activación configurado para activar el elemento de sonda desde su posición retraída hasta su posición extendida. Adecuadamente, el elemento de activación comprende una manga inflable o un cilindro hidráulico. Adecuadamente, el al menos un sensor de rigidez lateral comprende medios de medición configurados para medir la fuerza requerida para mover el elemento de sonda desde su posición retraída hasta su posición extendida y/o para medir la distancia en la que el elemento de sonda sobresale del elemento de prueba en su posición extendida. Suitably, the at least one lateral stiffness sensor comprises an actuating element configured to actuate the probe element from its retracted position to its extended position. Suitably, the actuating element comprises an inflatable sleeve or a hydraulic cylinder. Suitably, the at least one lateral stiffness sensor comprises measuring means configured to measure the force required to move the probe element from its retracted position to its extended position and/or to measure the distance by which the probe element protrudes from the test element in its extended position.
Adecuadamente, al menos uno de los sensores de rigidez lateral comprende además un sensor de presión de agua para determinar la presión de agua intersticial. Suitably, at least one of the lateral stiffness sensors further comprises a water pressure sensor for determining the pore water pressure.
En un ejemplo ilustrativo que no forma parte de la invención reivindicada, se proporciona un sistema de prueba para determinar las características del terreno, el sistema de prueba que comprende: In an illustrative example not forming part of the claimed invention, a test system is provided for determining soil characteristics, the test system comprising:
un medio de introducción; y a means of introduction; and
un elemento de prueba, an item of evidence,
en donde el ensamblaje de introducción de pilotes está configurado para suministrar una fuerza de introducción a la superficie de introducción del elemento de prueba para introducir el elemento de prueba en el terreno. Adecuadamente, el medio de introducción es un ensamblaje de introducción de pilotes. wherein the pile driving assembly is configured to deliver a driving force to the driving surface of the test element to drive the test element into the ground. Suitably, the driving means is a pile driving assembly.
Adecuadamente, el ensamblaje de introducción de pilotes comprende: Suitably, the pile driving assembly comprises:
una carcasa que define una cámara, estando configurada la cámara para alojar un fluido; y medios de activación acoplados a la cámara, a housing defining a chamber, the chamber configured to accommodate a fluid; and activation means coupled to the chamber,
en donde la activación de los medios de activación desplaza la cámara con respecto al elemento de prueba, de modo que la cámara se aleja del elemento de prueba, y wherein activation of the activation means moves the camera relative to the test element such that the camera moves away from the test element, and
en donde los medios de activación están configurados para liberar la cámara para desplazarla hacia el elemento de prueba de modo que la cámara ejerza una fuerza sobre el elemento de prueba, para introducir de forma controlada el pilote en el terreno. wherein the activation means are configured to release the camera to move it towards the test element so that the camera exerts a force on the test element, to drive the pile into the ground in a controlled manner.
Adecuadamente, el sistema comprende además un ensamblaje de sujeción y/o un tope unido de forma extraíble al elemento de prueba, en donde la fuerza de introducción se transfiere al elemento de prueba a través del ensamblaje de sujeción o tope. Suitably, the system further comprises a clamping assembly and/or a stop removably attached to the test element, wherein the insertion force is transferred to the test element through the clamping assembly or stop.
En un ejemplo ilustrativo que no forma parte de la invención reivindicada, se proporciona un método para determinar las características del terreno, en donde el método comprende: In an illustrative example that does not form part of the claimed invention, a method is provided for determining terrain characteristics, wherein the method comprises:
proporcionar un elemento de prueba que comprende: provide an item of evidence comprising:
un cuerpo longitudinal configurado para recibir una fuerza de introducción desde un medio de introducción y un extremo de penetración; y a longitudinal body configured to receive an insertion force from an insertion means and a penetration end; and
al menos dos sensores de rigidez lateral en donde cada uno de los al menos dos sensores de rigidez lateral está configurado para determinar la rigidez lateral del terreno; at least two lateral stiffness sensors, wherein each of the at least two lateral stiffness sensors is configured to determine the lateral stiffness of the ground;
introducir el elemento de prueba en el terreno hasta una profundidad predeterminada; y insert the test element into the ground to a predetermined depth; and
determinar la rigidez lateral del terreno en niveles de elevación correspondientes a cada uno de los sensores de rigidez lateral utilizando los al menos dos sensores de rigidez lateral. determine the lateral stiffness of the ground at elevation levels corresponding to each of the lateral stiffness sensors using the at least two lateral stiffness sensors.
Adecuadamente, el paso de determinar la rigidez lateral del terreno utilizando un sensor de rigidez lateral comprende activar el sensor de rigidez lateral para mover un elemento de sonda desde una posición retraída en la que el elemento de sonda está alojado dentro del cuerpo longitudinal a una posición extendida en la que el elemento de sonda sobresale del cuerpo longitudinal. Adecuadamente, el medio de introducción comprende: una carcasa que define una cámara, estando configurada la cámara para alojar un fluido; y medios de activación acoplados a la cámara, Suitably, the step of determining the lateral stiffness of the soil using a lateral stiffness sensor comprises activating the lateral stiffness sensor to move a probe element from a retracted position in which the probe element is housed within the longitudinal body to an extended position in which the probe element protrudes from the longitudinal body. Suitably, the introduction means comprises: a housing defining a chamber, the chamber being configured to accommodate a fluid; and activation means coupled to the chamber,
en donde el método comprende además los pasos de: where the method also includes the steps of:
proporcionar al ensamblaje de introducción de pilotes la cámara en una disposición coaxial con el elemento de prueba; provide the pile driving assembly with the chamber in a coaxial arrangement with the test element;
activar los medios de activación de manera que la cámara se aleje del elemento de prueba; y activate the activation means so that the camera moves away from the evidence item; and
activar además los medios de activación para liberar la cámara de manera que la cámara se desplace hacia el elemento de prueba y ejerza una fuerza sobre el elemento de prueba, para introducir de manera controlada el elemento de prueba en el terreno. further activating the activation means to release the camera so that the camera moves towards the test element and exerts a force on the test element, to introduce the test element into the ground in a controlled manner.
En un ejemplo ilustrativo que no forma parte de la invención reivindicada, se proporciona un método para modelar la capacidad lateral de pilotes del terreno, en donde el método comprende: In an illustrative example not forming part of the claimed invention, a method is provided for modelling the lateral capacity of ground piles, the method comprising:
proporcionar un elemento de prueba que comprende: provide an item of evidence comprising:
un cuerpo longitudinal configurado para recibir una fuerza de introducción de un medio de introducción y un extremo de penetración; y a longitudinal body configured to receive an insertion force from an insertion means and a penetration end; and
al menos dos sensores de rigidez lateral en donde cada uno de los al menos dos sensores de rigidez lateral está configurado para determinar la rigidez lateral del terreno; at least two lateral stiffness sensors, wherein each of the at least two lateral stiffness sensors is configured to determine the lateral stiffness of the ground;
introducir el elemento de prueba en el terreno hasta una profundidad predeterminada; insert the test element into the ground to a predetermined depth;
determinar la rigidez lateral del terreno en niveles de elevación correspondientes a cada uno de los sensores de rigidez lateral utilizando el sensor de rigidez lateral; y Determine the lateral stiffness of the ground at elevation levels corresponding to each of the lateral stiffness sensors using the lateral stiffness sensor; and
utilizar la rigidez lateral para predecir la capacidad lateral del pilote en el terreno. use lateral stiffness to predict the lateral capacity of the pile in the ground.
A lo largo de la descripción se hace referencia a "características del terreno". Como se utiliza en este documento, esta expresión pretende indicar una propiedad del terreno, por ejemplo, el terreno en el que se puede introducir un pilote (por ejemplo, terreno o arena). Las características del terreno incluyen, entre otras, la fricción del terreno (es decir, la fricción que experimenta un objeto, tal como un pilote cuando se mueve a través del terreno o dentro de él), la rigidez del terreno (es decir, la resistencia a la deformación del terreno cuando se somete a una carga aplicada, por ejemplo, la rigidez lateral o radial del suelo), la presión del agua intersticial (es decir, la presión del agua dentro de los poros definidos dentro del terreno) y la resistencia axial (de la punta) del pilote. Específicamente, las características del terreno descritas en este documento son aquellas relacionadas con, o que tienen un efecto sobre, las operaciones de pilotaje. Throughout the description, reference is made to "ground characteristics." As used in this document, this term is intended to indicate a property of the ground, for example, the ground into which a pile can be driven (e.g., soil or sand). Ground characteristics include, but are not limited to, ground friction (i.e., the friction experienced by an object, such as a pile, when moving through or within the ground), ground stiffness (i.e., the resistance of the ground to deformation when subjected to an applied load, e.g., the lateral or radial stiffness of the soil), pore water pressure (i.e., the water pressure within defined pores within the ground), and axial (pile tip) strength. Specifically, the ground characteristics described in this document are those related to, or that have an effect on, piling operations.
Como se utiliza en este documento, la expresión "profundidad del terreno" se entenderá como una profundidad por debajo de la superficie del terreno. Por ejemplo, en el contexto de introducir un pilote o un elemento de prueba en el terreno, la profundidad del terreno del pilote o del elemento de prueba se entenderá como la profundidad alcanzada por un extremo de penetración del mismo. As used in this document, the term "depth of ground" shall be understood as a depth below the ground surface. For example, in the context of driving a pile or test element into the ground, the depth of ground of the pile or test element shall be understood as the depth reached by one end of its penetration.
Como se utiliza en este documento, la expresión "nivel de elevación" se entenderá que es, en general, intercambiable con "profundidad del terreno". Es decir, un "nivel de elevación" es una profundidad por debajo de una superficie del terreno. Sin embargo, en el contexto de introducir un pilote o un elemento de prueba en el terreno, para evitar confusiones con la "profundidad del terreno" del pilote/elemento de prueba en su conjunto, un "nivel de elevación" puede referirse a otra profundidad por debajo de una superficie del terreno que no sea la profundidad alcanzada por un extremo de penetración del mismo. Por ejemplo, el "nivel de elevación" puede ser una distancia desde la superficie del terreno alcanzada por una sección del pilote/elemento de prueba una vez que el extremo de penetración del mismo se ha introducido hasta una profundidad del terreno especificada (por ejemplo, la posición del terreno correspondiente a un sensor posicionado en un elemento de prueba). Se entenderá que el "nivel de elevación" puede referirse a una profundidad discreta (por ejemplo, 10 m) o un nivel de profundidad (por ejemplo, 10-12 m), que puede corresponder, por ejemplo, a un estrato o capa de suelo/material dentro del terreno. As used herein, the term "lift level" shall be understood to be generally interchangeable with "ground depth." That is, a "lift level" is a depth below a ground surface. However, in the context of driving a pile or test element into the ground, to avoid confusion with the "ground depth" of the pile/test element as a whole, a "lift level" may refer to a depth below a ground surface other than the depth reached by a penetration end thereof. For example, a "lift level" may be a distance from the ground surface reached by a section of the pile/test element once the penetration end thereof has been driven to a specified ground depth (e.g., the ground position corresponding to a sensor positioned on a test element). It shall be understood that "elevation level" may refer to a discrete depth (e.g., 10 m) or a depth level (e.g., 10-12 m), which may correspond, for example, to a stratum or layer of soil/material within the terrain.
Como se utiliza en este documento, la expresión "fuerza de introducción" se entenderá como una fuerza o presión aplicada para introducir o empujar un objeto en una dirección particular. Por ejemplo, una fuerza motriz ejercida por un medio de introducción sobre un elemento de prueba es una fuerza utilizada para introducir o introducir el elemento de prueba hacia el terreno. As used herein, the term "introduction force" shall be understood to mean a force or pressure applied to insert or push an object in a particular direction. For example, a driving force exerted by an introduction means on a test element is a force used to insert or push the test element into the ground.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
A continuación se describen realizaciones de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings, in which:
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de un elemento de prueba; Figure 1 illustrates a perspective view of an example of a test element;
La figura 2 ilustra una vista ampliada de un segmento del elemento de prueba de la figura 1; Figure 2 illustrates an enlarged view of a segment of the test element of Figure 1;
La figura 3 ilustra una vista en perspectiva de un sistema de prueba que incluye el elemento de prueba; Figure 3 illustrates a perspective view of a test system including the test element;
La figura 4 ilustra una vista ampliada de una región dentro del sistema de prueba de la figura 3; Figure 4 illustrates an enlarged view of a region within the test system of Figure 3;
La figura 5 ilustra una vista interna en perspectiva de un sensor en un elemento de prueba; Figure 5 illustrates an internal perspective view of a sensor in a test element;
La figura 6a ilustra una vista en perspectiva de un elemento de prueba con un sensor en una posición retraída; y Figure 6a illustrates a perspective view of a test element with a sensor in a retracted position; and
La figura 6b ilustra la vista en perspectiva del elemento de prueba de la figura 6a con el sensor en una posición extendida. Figure 6b illustrates the perspective view of the test element of Figure 6a with the sensor in an extended position.
En los dibujos, los numerales de referencia similares se refieren a partes similares. In the drawings, like reference numerals refer to like parts.
Descripción detallada Detailed description
La presente divulgación se relaciona con sistemas y métodos para determinar las características del terreno para ayudar en la colocación de monopilotes o similares. Los sistemas y métodos divulgados en este documento están destinados adecuadamente, pero no exclusiva, para su uso en aplicaciones en alta mar, por ejemplo, pilotaje submarino, aunque algunos aspectos de la divulgación también pueden usarse para aplicaciones en tierra. This disclosure relates to systems and methods for determining ground characteristics to assist in the placement of monopiles or similar. The systems and methods disclosed herein are suitably, but not exclusively, intended for use in offshore applications, e.g., subsea piling, although some aspects of the disclosure may also be used for onshore applications.
La figura 1 muestra un elemento de prueba 100 para determinar las características del terreno. Por ejemplo, el elemento de prueba 100 puede usarse para determinar las características del terreno en preparación para operaciones de pilotaje, es decir, la introducción de pilotes o estructuras similares en el terreno. Figure 1 shows a test element 100 for determining ground characteristics. For example, the test element 100 may be used to determine ground characteristics in preparation for piling operations, i.e., the driving of piles or similar structures into the ground.
El elemento de prueba 100 incluye un cuerpo longitudinal 110. Es decir, el elemento de prueba 100 incluye un cuerpo alargado o delgado que se extiende longitudinalmente. The test element 100 includes a longitudinal body 110. That is, the test element 100 includes an elongated or thin body that extends longitudinally.
En este ejemplo, el cuerpo longitudinal 110 comprende una varilla o un elemento tubular. En este ejemplo, el cuerpo longitudinal incluye una pluralidad de segmentos 120, que pueden atornillarse juntos en una disposición de "extremo con extremo". Sin embargo, en otros ejemplos, el cuerpo longitudinal puede ser una sola pieza. In this example, the longitudinal body 110 comprises a rod or tubular member. In this example, the longitudinal body includes a plurality of segments 120, which may be bolted together in an "end-to-end" arrangement. However, in other examples, the longitudinal body may be a single piece.
En este ejemplo, el cuerpo longitudinal 110 tiene un extremo de penetración 114. El extremo de penetración 114 está configurado para ser la primera parte del elemento de prueba 100 que ingresa al terreno durante la introducción. En algunos ejemplos, el extremo de penetración 114 puede estar ahusado para permitir una entrada más fácil en el terreno. In this example, the longitudinal body 110 has a penetration end 114. The penetration end 114 is configured to be the first portion of the test element 100 to enter the ground during insertion. In some examples, the penetration end 114 may be tapered to allow for easier entry into the ground.
En general, el elemento de prueba 100 tiene un tamaño que lo hace más pequeño que las estructuras de "producto final" que se van a introducir en el terreno, por ejemplo, un monopilote o similar. Más específicamente, el elemento de prueba 100 puede tener un tamaño que lo hace una versión generalmente a escala reducida del monopilote. Debe entenderse que el elemento de prueba 100 puede no ser hueco como un monopilote. Como tal, el elemento de prueba 100 puede introducirse en el terreno para proporcionar datos de prueba que ayuden a informar sobre la instalación de las estructuras de "producto final" a escala real. Generally, the test element 100 is sized to be smaller than the "final product" structures to be driven into the ground, e.g., a monopile or the like. More specifically, the test element 100 may be sized to be a generally scaled-down version of the monopile. It should be understood that the test element 100 may not be hollow like a monopile. As such, the test element 100 may be driven into the ground to provide test data to help inform the installation of the full-scale "final product" structures.
Por ejemplo, el elemento de prueba 100 puede tener dimensiones reducidas con respecto a un monopilote de tamaño real en una proporción de aproximadamente 1:50 a aproximadamente 1:200, apropiadamente 1:100. Por ejemplo, el elemento de prueba puede tener un diámetro de aproximadamente 5 cm a aproximadamente 30 cm, apropiadamente de aproximadamente 12 cm a 25 cm. En un ejemplo particular, para un monopilote con un diámetro de 10 m y un grosor de pared de aproximadamente 8 cm (por ejemplo, un pilote de tubo hueco), se puede utilizar un elemento de prueba 100 que tenga un diámetro de 18 cm (para una varilla maciza). For example, the test element 100 may have reduced dimensions relative to a full-size monopile by a ratio of about 1:50 to about 1:200, appropriately 1:100. For example, the test element may have a diameter of about 5 cm to about 30 cm, appropriately about 12 cm to 25 cm. In a particular example, for a monopile with a diameter of 10 m and a wall thickness of about 8 cm (e.g., a hollow tube pile), a test element 100 having a diameter of 18 cm (for a solid rod) may be used.
El elemento de prueba 100 puede tener una longitud de entre aproximadamente 15 m y aproximadamente 50 m, apropiadamente entre aproximadamente 20 m y 35 m de longitud. The test element 100 may have a length of between about 15 m and about 50 m, suitably between about 20 m and 35 m in length.
El elemento de prueba 100 incluye al menos un conjunto de sensores 130, 140. En este ejemplo, el elemento de prueba incluye un primer conjunto de sensores 130 y un segundo conjunto de sensores 140. Haciendo referencia únicamente al conjunto 130 para simplificar (pero igualmente aplicable al conjunto 140), el primer conjunto de sensores 130 incluye al menos dos sensores. Se puede utilizar cualquier número adecuado de sensores 130 en el primer conjunto. Por ejemplo, puede haber 5, 10, 15, 20 o más sensores espaciados a lo largo de la longitud del elemento de prueba 100. En la sección ilustrada en la Figura 2, se ilustran tres sensores 130a-c. Para simplificar, se hará referencia a estos sensores 130a-c al describir el conjunto de sensores 130. The test element 100 includes at least one set of sensors 130, 140. In this example, the test element includes a first set of sensors 130 and a second set of sensors 140. Referring solely to the set 130 for simplicity (but equally applicable to the set 140), the first set of sensors 130 includes at least two sensors. Any suitable number of sensors 130 may be used in the first set. For example, there may be 5, 10, 15, 20, or more sensors spaced along the length of the test element 100. In the section illustrated in Figure 2, three sensors 130a-c are illustrated. For simplicity, these sensors 130a-c will be referred to when describing the sensor set 130.
Los sensores 130a-c están configurados para proporcionar información sobre una característica de terreno. Es decir, cada uno de los sensores 130a-c está configurado para proporcionar información sobre la misma característica de terreno. En otras palabras, en general, los sensores 130a-c dentro del conjunto 130 son idénticos, o idénticos en función. El segundo conjunto de sensores 140 está configurado para proporcionar información sobre una característica de terreno diferente. En otras palabras, cada sensor 140a-c dentro del segundo conjunto de sensores 140 está configurado para proporcionar información sobre la misma característica de terreno, diferente de la característica de terreno de los sensores 130a-c. The sensors 130a-c are configured to provide information about a terrain feature. That is, each of the sensors 130a-c is configured to provide information about the same terrain feature. In other words, generally, the sensors 130a-c within the array 130 are identical, or identical in function. The second array of sensors 140 is configured to provide information about a different terrain feature. In other words, each sensor 140a-c within the second array of sensors 140 is configured to provide information about the same terrain feature, different from the terrain feature of the sensors 130a-c.
Cada uno de los sensores 130a-c en el conjunto 130 está espaciado a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 110. Por ejemplo, el conjunto de sensores 130 incluye un primer sensor 130a espaciado a una primera distancia del extremo de penetración 114 y un segundo sensor 130b espaciado a una segunda distancia, más grande, del extremo de penetración 114 (y otros sensores espaciados a una distancia creciente del extremo de penetración 114). En otras palabras, los sensores 130a-c, 140a-c en cada conjunto 130, 140 están espaciados entre sí de los demás sensores en ese conjunto 130, 140 de tal manera que la longitud del cuerpo longitudinal 110 tiene sensores espaciados o distribuidos a lo largo de él. Esto permite tomar y comparar un gran volumen de mediciones, mejorando la precisión de los datos recopilados. En este ejemplo, el conjunto de sensores 130 está distribuido a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 110. Alternativamente, el conjunto de sensores 130 puede estar distribuido solo en una porción del cuerpo longitudinal 110, por ejemplo en un solo segmento 120 o en segmentos alternos. Each of the sensors 130a-c in the array 130 is spaced along the length of the longitudinal body 110. For example, the sensor array 130 includes a first sensor 130a spaced a first distance from the penetrating end 114 and a second sensor 130b spaced a second, larger distance from the penetrating end 114 (and other sensors spaced at increasing distances from the penetrating end 114). In other words, the sensors 130a-c, 140a-c in each array 130, 140 are spaced apart from the other sensors in that array 130, 140 such that the length of the longitudinal body 110 has sensors spaced or distributed along it. This allows a large volume of measurements to be taken and compared, improving the accuracy of the collected data. In this example, the sensor array 130 is distributed along the length of the longitudinal body 110. Alternatively, the sensor array 130 may be distributed only in a portion of the longitudinal body 110, for example in a single segment 120 or in alternating segments.
En general, los sensores 130a-c pueden estar separados por cualquier distancia adecuada dependiendo de la resolución de las mediciones requeridas a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 110. Por ejemplo, los sensores 130a-c pueden estar separados entre sí entre aproximadamente 0.5 m y aproximadamente 3 m a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 110, apropiadamente entre 1 m y 2 m. In general, the sensors 130a-c may be separated by any suitable distance depending on the resolution of the measurements required along the length of the longitudinal body 110. For example, the sensors 130a-c may be separated from each other between about 0.5 m and about 3 m along the length of the longitudinal body 110, suitably between 1 m and 2 m.
Cada sensor 130a-c dentro del conjunto 130 está configurado para proporcionar información sobre la característica del terreno correspondiente a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno. En general, cada sensor 130a-c está configurado para proporcionar información sobre la característica del terreno en un número de niveles de elevación a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno. Es decir, cada sensor 130a-c puede proporcionar información de forma continua o intermitente sobre el terreno circundante a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno. Each sensor 130a-c within the array 130 is configured to provide information about the corresponding terrain feature as the test element 100 is driven into the ground. Generally, each sensor 130a-c is configured to provide information about the terrain feature at a number of elevation levels as the test element 100 is driven into the ground. That is, each sensor 130a-c may continuously or intermittently provide information about the surrounding terrain as the test element 100 is driven into the ground.
La información proporcionada por cada sensor 130a-c puede corresponder a un nivel de elevación específico (es decir, una profundidad específica desde la superficie del terreno) o a lo largo de un nivel de elevación (es decir, a lo largo de una capa o banda de profundidad del terreno, por ejemplo, entre 10 y 11 m desde la superficie del terreno). The information provided by each sensor 130a-c may correspond to a specific elevation level (i.e., a specific depth from the ground surface) or along an elevation level (i.e., along a layer or depth band of the ground, for example, between 10 and 11 m from the ground surface).
El suministro de información por un sensor 130a-c puede estar asociado con la activación del sensor 130a-c en un momento dado (por ejemplo, a intervalos a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno). The provision of information by a sensor 130a-c may be associated with the activation of the sensor 130a-c at a given time (for example, at intervals as the test element 100 is introduced into the ground).
El primer conjunto de sensores 130 son sensores de fricción 130a-c. Los sensores de fricción pueden ser sensores que miden la fricción localmente o indirectamente a través de la medición y comparación de información en más de una ubicación en el elemento de prueba. Por ejemplo, los sensores de fricción 130a-c pueden ser fundas que miden la fricción localmente, extendiéndose las fundas circunferencialmente alrededor de una porción de la superficie exterior del cuerpo longitudinal. En otros ejemplos, los sensores de fricción 130a-c pueden medir el aumento de la carga axial o compresiva a lo largo de un intervalo de longitud del cuerpo longitudinal (por ejemplo, a lo largo de intervalos de 1 m o menos), lo que permite estimar la fricción de la pared (incluidos los componentes inerciales). Por ejemplo, cada sensor de fricción puede ser al menos un extensómetro configurado para medir el aumento de la tensión/deformación compresiva debido a la fricción del árbol. The first set of sensors 130 are friction sensors 130a-c. The friction sensors may be sensors that measure friction locally or indirectly through measurement and comparison of information at more than one location on the test element. For example, the friction sensors 130a-c may be sleeves that measure friction locally, with the sleeves extending circumferentially around a portion of the outer surface of the longitudinal body. In other examples, the friction sensors 130a-c may measure the increase in axial or compressive load over a length range of the longitudinal body (e.g., over intervals of 1 m or less), allowing wall friction (including inertial components) to be estimated. For example, each friction sensor may be at least one extensometer configured to measure the increase in compressive stress/strain due to shaft friction.
El segundo conjunto de sensores 140 puede incluir uno de los sensores de presión de agua configurados para determinar la presión de agua intersticial y/o sensores de aceleración configurados para determinar la aceleración del elemento de prueba en el terreno. En otros ejemplos, el elemento de prueba puede incluir un único conjunto de uno de los sensores de fricción/sensores de presión de agua/sensor de aceleración o el número de conjuntos que incluyan cualquier combinación de dichos sensores. En algunos ejemplos, el extremo de penetración 114 puede incluir un sensor de punta configurado para medir la resistencia de la punta del extremo de penetración 114. The second set of sensors 140 may include one of the water pressure sensors configured to determine pore water pressure and/or acceleration sensors configured to determine the acceleration of the test element in the ground. In other examples, the test element may include a single set of one of the friction sensors/water pressure sensors/acceleration sensor or the number of sets including any combination of such sensors. In some examples, the penetration end 114 may include a tip sensor configured to measure the resistance of the tip of the penetration end 114.
El elemento de prueba 100 puede incluir una memoria para recopilar y almacenar la información generada por los sensores de uno o más conjuntos de sensores hasta que se extrae el elemento de prueba 100. Los sensores están configurados para enviar la información sobre la característica del terreno a un controlador, por ejemplo a través de una línea de comunicación ubicada dentro del elemento de prueba. De esta manera, el elemento de prueba 100 puede ser monitorizado durante el proceso de introducción. La figura 3 ilustra un ejemplo de un sistema de prueba 360 que incluye un elemento de prueba 100 y un medio de introducción 370. La figura 4 ilustra una vista ampliada de la figura 3. El medio de introducción 370 está configurado para proporcionar una fuerza de introducción al elemento de prueba 100 para introducir el extremo de penetración 114 del elemento de prueba 100 en el terreno 380. En este ejemplo, el medio de introducción 370 es un ensamblaje de introducción de pilotes (descrito más adelante). The test element 100 may include a memory for collecting and storing information generated by the sensors of one or more sensor arrays until the test element 100 is extracted. The sensors are configured to send the information about the ground feature to a controller, for example, via a communication line located within the test element. In this manner, the test element 100 may be monitored during the driving process. Figure 3 illustrates an example of a test system 360 that includes a test element 100 and a driving means 370. Figure 4 illustrates an exploded view of Figure 3. The driving means 370 is configured to provide a driving force to the test element 100 to drive the penetration end 114 of the test element 100 into the ground 380. In this example, the driving means 370 is a pile driving assembly (described below).
En los ejemplos en los que el cuerpo longitudinal 110 es un componente de una sola pieza, el elemento de prueba 100 puede extenderse dentro del ensamblaje de introducción de pilotes (por ejemplo, parcialmente dentro del martillo del ensamblaje). Como tal, el elemento de prueba 100 es soportado lateralmente por el martillo durante la introducción . En los ejemplos en los que el cuerpo longitudinal 110 está formado por una pluralidad de segmentos 120, el cuerpo longitudinal 110 puede ensamblarse debajo del ensamblaje de introducción de pilotes durante la introducción . Por ejemplo, un primer segmento 120 puede introducirse parcialmente en el terreno. Una vez que este segmento 120 ha penetrado lo suficiente en el terreno, se une un segmento adicional a un extremo del primer segmento para introducirlo posteriormente en el terreno. Como tal, la fuerza siempre se ejerce sobre el elemento de prueba 100 cerca del nivel del terreno para evitar el pandeo del elemento de prueba 100. In embodiments where the longitudinal body 110 is a single-piece component, the test element 100 may extend within the pile driving assembly (e.g., partially within the hammer of the assembly). As such, the test element 100 is laterally supported by the hammer during driving. In embodiments where the longitudinal body 110 is formed from a plurality of segments 120, the longitudinal body 110 may be assembled beneath the pile driving assembly during driving. For example, a first segment 120 may be partially driven into the ground. Once this segment 120 has penetrated sufficiently into the ground, an additional segment is attached to one end of the first segment for subsequent driving into the ground. As such, force is always exerted on the test element 100 near ground level to prevent buckling of the test element 100.
Durante una operación de prueba, el medio de introducción 370 del sistema de prueba 360 proporciona una fuerza de introducción al elemento de prueba 100. El extremo de penetración 114 del elemento de prueba 100 se introduce hasta una primera profundidad del terreno como resultado de la fuerza de introducción. A medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno 380 hasta la primera profundidad del terreno, el cuerpo longitudinal 110 también está parcialmente presente en el terreno 380. Para llegar a la primera profundidad del terreno, al menos uno de los sensores 130 se introduce por debajo de la superficie del terreno. Durante la introducción hasta la primera profundidad del terreno, el primer sensor puede proporcionar información sobre la característica del terreno en cualquier número de niveles de elevación (en o a través de al menos un nivel de elevación). During a test operation, the insertion means 370 of the test system 360 provides an insertion force to the test element 100. The penetration end 114 of the test element 100 is inserted to a first ground depth as a result of the insertion force. As the test element 100 is inserted into the ground 380 to the first ground depth, the longitudinal body 110 is also partially present in the ground 380. To reach the first ground depth, at least one of the sensors 130 is inserted below the ground surface. During insertion to the first ground depth, the first sensor may provide information about the ground feature at any number of elevation levels (at or through at least one elevation level).
El medio de introducción 370 proporciona entonces una fuerza de introducción al elemento de prueba 100 para introducir aún más el extremo de penetración 114 del elemento de prueba 100 en el terreno 380 hasta una segunda profundidad del terreno (la segunda profundidad del terreno está más alejada de la superficie que la primera profundidad del terreno). A medida que el elemento de prueba 100 se introduce aún más en el terreno 380 hasta la segunda profundidad del terreno, un segundo/otro sensor (ubicado más alejado del extremo de penetración 114 en relación con el primer sensor) puede proporcionar información sobre, o determinar, la característica del terreno en o a través de los mismos niveles de elevación que el primer sensor. The insertion means 370 then provides an insertion force to the test element 100 to further insert the penetration end 114 of the test element 100 into the ground 380 to a second ground depth (the second ground depth being farther from the surface than the first ground depth). As the test element 100 is further inserted into the ground 380 to the second ground depth, a second/other sensor (located farther from the penetration end 114 relative to the first sensor) may provide information about, or determine, the ground characteristic at or through the same elevation levels as the first sensor.
En otras palabras, a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno, los sensores sucesivos dentro de un conjunto de sensores (en términos de su posición longitudinal a lo largo del cuerpo longitudinal) pueden proporcionar información sobre, o determinar, la característica del terreno en o a través de un nivel de elevación. De esta manera, se pueden lograr múltiples lecturas de una característica del terreno en un nivel de elevación particular utilizando un elemento de prueba 100 (es decir, las múltiples lecturas correspondientes a múltiples sensores), mientras se tiene en cuenta el efecto que el elemento de prueba podría tener en el terreno. In other words, as the test element 100 is introduced into the ground, successive sensors within a sensor array (in terms of their longitudinal position along the longitudinal body) can provide information about, or determine, the ground feature at or across an elevation level. In this manner, multiple readings of a ground feature at a particular elevation level can be achieved using a test element 100 (i.e., multiple readings corresponding to multiple sensors), while taking into account the effect that the test element might have on the ground.
De ello se deduce que se pueden lograr múltiples lecturas en múltiples niveles de elevación a medida que el elemento de prueba se introduce en el terreno. Es decir, un sensor puede determinar la característica del terreno en múltiples niveles de elevación, con sensores posteriores que determinan la característica del terreno en dichos niveles de elevación. Como tal, se puede determinar un perfil de la característica del terreno con la profundidad y se pueden monitorizar los cambios en este perfil asociados con la introducción del elemento de prueba en el terreno. It follows that multiple readings can be achieved at multiple elevation levels as the test element is introduced into the ground. That is, one sensor can determine the ground characteristics at multiple elevation levels, with subsequent sensors determining the ground characteristics at those elevation levels. As such, a profile of the ground characteristics with depth can be determined, and changes in this profile associated with the introduction of the test element into the ground can be monitored.
En algunos ejemplos, las fuerzas de introducción aplicadas por los medios de introducción para introducir el elemento de prueba 100 a una primera y una segunda profundidad de terreno pueden ser parte de una única introducción continuo o golpe desde los medios de introducción 370. Alternativamente, las fuerzas de introducción aplicadas por los medios de introducción para introducir el elemento de prueba 100 a una primera y una segunda profundidad de terreno pueden resultar de golpes separados y distintos, por ejemplo una pluralidad de impactos. Específicamente, se puede aplicar una primera fuerza de introducción para introducir el elemento de prueba 100 a una primera profundidad de terreno y se puede aplicar una segunda fuerza de introducción para introducir aún más el elemento de prueba 100 a una segunda profundidad de terreno. In some embodiments, the insertion forces applied by the insertion means to insert the test element 100 to a first and a second ground depth may be part of a single continuous insertion or blow from the insertion means 370. Alternatively, the insertion forces applied by the insertion means to insert the test element 100 to a first and a second ground depth may result from separate and distinct blows, e.g., a plurality of impacts. Specifically, a first insertion force may be applied to insert the test element 100 to a first ground depth, and a second insertion force may be applied to further insert the test element 100 to a second ground depth.
El (o un) controlador puede estar configurado para recibir y comparar la información proporcionada por los sensores 130 sobre la característica del terreno. Es decir, la relación entre la característica del terreno y la profundidad determinada a partir de la información proporcionada por un primer sensor puede compararse con la misma relación determinada a partir de la información proporcionada por uno o más sensores posteriores. Como tal, el terreno puede caracterizarse adecuadamente teniendo en cuenta los efectos de la interacción del elemento de prueba/pilote durante la introducción. The controller may be configured to receive and compare information provided by the sensors 130 about the ground feature. That is, the relationship between the ground feature and the depth determined from information provided by a first sensor may be compared to the same relationship determined from information provided by one or more subsequent sensors. As such, the ground may be suitably characterized by taking into account the effects of the test element/pile interaction during insertion.
Por ejemplo, en aspectos de la invención, el controlador está configurado para determinar el cambio en la resistencia de introducción del elemento de prueba 100 a medida que el elemento de prueba 100 se introduce en el terreno. El cambio en la resistencia de introducción (u otra característica) puede utilizarse para informar sobre las operaciones de pilotes. Por ejemplo, el cambio en la resistencia de introducción puede utilizarse para predecir los niveles de energía/fuerza requeridos para introducir un pilote a una profundidad predeterminada y/o el número de golpes requeridos. For example, in aspects of the invention, the controller is configured to determine the change in the driving resistance of the test element 100 as the test element 100 is driven into the ground. The change in driving resistance (or other characteristic) may be used to inform pile driving operations. For example, the change in driving resistance may be used to predict the energy/force levels required to drive a pile to a predetermined depth and/or the number of blows required.
Por ejemplo, un método para determinar una respuesta de pilote durante la introducción puede incluir: proporcionar o seleccionar un elemento de prueba, a escala reducida a partir de un pilote; realizar una operación de prueba (como se describió anteriormente) en la que se calcula un perfil de una característica del terreno con una profundidad del terreno creciente y se determina el cambio en dicho perfil durante la introducción de dicho elemento de prueba; predecir una respuesta de pilote durante una operación de introducción a partir de la información proporcionada por la operación de prueba. Las predicciones pueden, por ejemplo, resultar de informar a un modelo 1d del pilote con la información proporcionada por la operación de prueba (opcionalmente, la información puede normalizarse y parametrizarse primero) y calcular o determinar la respuesta del pilote a partir del modelo. For example, a method for determining a pile response during driving may include: providing or selecting a test element, scaled down from a pile; performing a test operation (as described above) in which a profile of a ground feature is calculated with increasing ground depth and the change in said profile is determined during the driving of said test element; predicting a pile response during a driving operation from information provided by the test operation. The predictions may, for example, result from informing a 1D model of the pile with information provided by the test operation (optionally, the information may be first normalized and parameterized) and calculating or determining the pile response from the model.
Una vez que el elemento de prueba se ha introducido a una profundidad adecuada (por ejemplo, entre aproximadamente 20 m y aproximadamente 50 m, preferiblemente entre aproximadamente 20 m y aproximadamente 40 m, preferiblemente aproximadamente 30 m), el elemento de prueba 100 puede extraerse del terreno 380, de modo que se pueda introducir un monopilote en el terreno 380. El elemento de prueba 100 puede extraerse del terreno 380 utilizando cilindros hidráulicos que empujan o tiran del elemento de prueba 100 hacia arriba, por ejemplo. Once the test element has been driven to a suitable depth (e.g., between about 20 m and about 50 m, preferably between about 20 m and about 40 m, preferably about 30 m), the test element 100 may be lifted out of the ground 380 such that a monopile may be driven into the ground 380. The test element 100 may be lifted out of the ground 380 using hydraulic cylinders that push or pull the test element 100 upward, for example.
Las figuras 5 a 6b ilustran otro ejemplo de un elemento de prueba 500 para determinar las características del terreno. Figures 5 to 6b illustrate another example of a test element 500 for determining terrain characteristics.
De la manera descrita para el elemento de prueba 100, el elemento de prueba 100 incluye un cuerpo longitudinal 510 que tiene un extremo de penetración (no mostrado). El elemento de prueba 500 puede tener dimensiones correspondientes a las descritas anteriormente para el elemento de prueba 100. In the manner described for test element 100, test element 100 includes a longitudinal body 510 having a penetration end (not shown). Test element 500 may have dimensions corresponding to those described above for test element 100.
En este ejemplo, el elemento de prueba 500 incluye al menos dos sensores de rigidez lateral 540 espaciados entre sí a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 510 (solo se muestra uno). Cada uno de los sensores de rigidez lateral 540 puede medir la rigidez lateral del terreno circundante de modo que la rigidez lateral se pueda medir en una pluralidad de puntos a lo largo de la longitud del elemento de prueba 500. In this example, the test element 500 includes at least two lateral stiffness sensors 540 spaced apart along the length of the longitudinal body 510 (only one is shown). Each of the lateral stiffness sensors 540 can measure the lateral stiffness of the surrounding terrain such that the lateral stiffness can be measured at a plurality of points along the length of the test element 500.
Se puede utilizar cualquier número adecuado de sensores 540. Por ejemplo, puede haber 5, 10, 15, 20 o más sensores espaciados a lo largo de la longitud del elemento de prueba 500. En general, los sensores 540 pueden estar espaciados entre sí por cualquier distancia adecuada dependiendo de la resolución de las mediciones requeridas a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 510. Por ejemplo, los sensores pueden estar espaciados entre sí entre aproximadamente 0.5 m y aproximadamente 3 m a lo largo de la longitud del cuerpo longitudinal 110, apropiadamente entre 1 m y 2 m. Any suitable number of sensors 540 may be used. For example, there may be 5, 10, 15, 20 or more sensors spaced along the length of the test element 500. In general, the sensors 540 may be spaced apart from each other by any suitable distance depending on the resolution of the measurements required along the length of the longitudinal body 510. For example, the sensors may be spaced apart from each other between about 0.5 m and about 3 m along the length of the longitudinal body 110, appropriately between 1 m and 2 m.
En este ejemplo, cada sensor de rigidez lateral 540 está posicionado dentro del cuerpo longitudinal 510, e incluye un elemento de sonda 542. El elemento de sonda 542 tiene una posición retraída (mostrada en la figura 6a) en la que el elemento de sonda 542 está alojado o contenido dentro del cuerpo longitudinal 510. En la posición retraída, el sensor de rigidez lateral 540 no sobresale de la periferia del cuerpo longitudinal 510. Esto permite una inserción suave del elemento de prueba 500 en el terreno. In this example, each lateral stiffness sensor 540 is positioned within the longitudinal body 510, and includes a probe element 542. The probe element 542 has a retracted position (shown in Figure 6a) in which the probe element 542 is housed or contained within the longitudinal body 510. In the retracted position, the lateral stiffness sensor 540 does not protrude from the periphery of the longitudinal body 510. This allows for smooth insertion of the probe element 500 into the ground.
Además, el elemento de sonda 542 es extensible en una dirección radialmente hacia afuera desde el cuerpo longitudinal 510 hasta una posición extendida (mostrada en la figura 6b). Cada sensor de rigidez lateral 540 incluye un elemento de activación 544 que está configurado para activar el elemento de sonda 542 entre la posición extendida y retraída. Se puede utilizar cualquier elemento de activación 544 adecuado. Por ejemplo, el elemento de activación puede ser una manga inflable dentro del elemento de prueba 500 que empuja el elemento de sonda 542 hacia afuera al inflarse. Alternativamente, el elemento de activación 544 puede ser un cilindro hidráulico. Furthermore, the probe element 542 is extendable in a radially outward direction from the longitudinal body 510 to an extended position (shown in FIG. 6b ). Each lateral stiffness sensor 540 includes an actuating element 544 that is configured to actuate the probe element 542 between the extended and retracted position. Any suitable actuating element 544 may be used. For example, the actuating element may be an inflatable sleeve within the test element 500 that biases the probe element 542 outward upon inflation. Alternatively, the actuating element 544 may be a hydraulic cylinder.
Cada sensor de rigidez lateral 540 incluye medios de medición configurados para medir la fuerza requerida para mover el elemento de sonda 542 desde su posición retraída a su posición extendida (es decir, medir la fuerza requerida para mover la sonda una cantidad predeterminada) y/o medir la distancia por la cual el elemento de sonda sobresale del elemento de prueba 500 en su posición extendida (es decir, medir el desplazamiento resultante de una fuerza aplicada específica). Como tal, los medios de medición pueden calcular o determinar la rigidez lateral a partir de los valores de fuerza/desplazamiento medidos/predeterminados. Each lateral stiffness sensor 540 includes measuring means configured to measure the force required to move the probe element 542 from its retracted position to its extended position (i.e., measure the force required to move the probe a predetermined amount) and/or measure the distance by which the probe element protrudes from the test element 500 in its extended position (i.e., measure the displacement resulting from a specific applied force). As such, the measuring means can calculate or determine the lateral stiffness from the measured/predetermined force/displacement values.
En uso, el elemento de prueba 500 es introducido por un medio de introducción hasta una profundidad predeterminada, por ejemplo (por ejemplo, entre aproximadamente 20 m y aproximadamente 50 m, preferentemente entre aproximadamente 20 m y aproximadamente 40 m, preferentemente aproximadamente 30 m). In use, the test element 500 is introduced by an introduction means to a predetermined depth, for example (for example, between about 20 m and about 50 m, preferably between about 20 m and about 40 m, preferably about 30 m).
Una vez en la profundidad predeterminada, los sensores de rigidez lateral 540 pueden activarse para determinar la rigidez lateral del terreno en niveles de elevación correspondientes a cada uno de los sensores de rigidez lateral 540. En algunos ejemplos, el sensor de rigidez lateral 540 también puede incluir un sensor de presión de agua integral (no mostrado) para determinar la presión de agua intersticial en dichos niveles de elevación. Once at the predetermined depth, the lateral stiffness sensors 540 may be activated to determine the lateral stiffness of the ground at elevation levels corresponding to each of the lateral stiffness sensors 540. In some examples, the lateral stiffness sensor 540 may also include an integral water pressure sensor (not shown) to determine the pore water pressure at said elevation levels.
Las múltiples mediciones de rigidez lateral a lo largo de la longitud del elemento de prueba 500 permiten calcular un perfil de la rigidez lateral del suelo con una profundidad creciente. Un perfil de este tipo se puede utilizar para modelar o predecir la capacidad lateral de un pilote en el terreno (es decir, la carga lateral distribuida que un pilote puede aplicar al terreno circundante sin comprometer la orientación del pilote o la integridad del pilote dentro del terreno). Por ejemplo, el perfil de rigidez lateral se puede utilizar para determinar la rigidez del pilote en el terreno. Esta rigidez es importante para determinar la frecuencia de la estructura de soporte, que debe estar dentro de un ancho de banda. Multiple lateral stiffness measurements along the length of the 500-meter test element allow a profile of the soil's lateral stiffness to be calculated with increasing depth. Such a profile can be used to model or predict the lateral capacity of a pile in the ground (i.e., the distributed lateral load that a pile can apply to the surrounding soil without compromising the pile's orientation or the integrity of the pile within the ground). For example, the lateral stiffness profile can be used to determine the pile's stiffness in the ground. This stiffness is important for determining the frequency of the supporting structure, which must fall within a bandwidth.
Por ejemplo, un método para determinar la respuesta de un pilote durante la introducción puede incluir: proporcionar o seleccionar un elemento de prueba, reducido a escala a partir de un pilote; realizar una operación de prueba (como se describió anteriormente) en la que se calcula un perfil de rigidez lateral con una profundidad de terreno creciente; predecir la respuesta del pilote a partir de la información proporcionada por la operación de prueba. For example, a method for determining a pile's response during insertion may include: providing or selecting a test element, scaled down from a pile; performing a test run (as described above) in which a lateral stiffness profile is calculated with increasing depth of ground; and predicting the pile's response from the information provided by the test run.
Las predicciones pueden resultar de informar a un modelo unidimensional del pilote con la información proporcionada por la operación de prueba (opcionalmente, la información se puede normalizar y parametrizar primero) y calcular o determinar la respuesta del pilote a partir del modelo. Predictions can be obtained by feeding a one-dimensional model of the pile with information provided by the test operation (optionally, the information can be normalized and parameterized first) and calculating or determining the pile response from the model.
El método puede incluir un paso de procesamiento adicional de la información proporcionada por la operación de prueba. Por ejemplo, la capacidad máxima/resistencia a la inclinación y el perfil de rigidez lateral se pueden utilizar para calcular el "terremoto" (es decir, la cantidad de deformación antes de que se produzca la deformación plástica). The method may include an additional processing step for the information provided by the test operation. For example, the maximum capacity/tilt resistance and the lateral stiffness profile may be used to calculate the "earthquake" (i.e., the amount of deformation before plastic deformation occurs).
En general, para los elementos de prueba 100, 500 descritos anteriormente, es ventajoso utilizar un sistema de introducción de pilotes de alta masa/baja aceleración. Es decir, en este ejemplo, se utiliza un martillo de alta masa para aplicar una gran fuerza al elemento de prueba a bajas aceleraciones (en comparación, por ejemplo, con un martillo convencional de baja masa/alta aceleración). Las aceleraciones inferiores reducen las tensiones en el elemento de prueba para ayudar a garantizar que los sensores (potencialmente frágiles) en el elemento de prueba no se dañen durante la introducción. Por ejemplo, se espera que los sensores de rigidez lateral 540 del elemento de prueba 500 no sobrevivan a las aceleraciones de los martillos de impacto convencionales. Dicho de otra manera, el uso de dichos introductores de pilotes permite utilizar un elemento de prueba con mayores capacidades de detección con un riesgo de daño inferior a dichos sensores durante la introducción. In general, for the test elements 100 and 500 described above, it is advantageous to use a high-mass/low-acceleration pile-driving system. That is, in this example, a high-mass hammer is used to apply a large force to the test element at low accelerations (compared, for example, to a conventional low-mass/high-acceleration hammer). The lower accelerations reduce stresses on the test element to help ensure that the (potentially fragile) sensors in the test element are not damaged during driving. For example, the lateral stiffness sensors 540 of the test element 500 are not expected to survive the accelerations of conventional impact hammers. In other words, the use of such pile drivers allows a test element with greater sensing capabilities to be used with a lower risk of damage to those sensors during driving.
Por ejemplo, se puede utilizar un ensamblaje de introducción de pilotes que utilice la tecnología TM de pilotaje BLUE. For example, a pile driver assembly utilizing BLUE Piling Technology™ can be used.
En este ejemplo (como se ilustra en las figuras 3 y 4), el ensamblaje de introducción de pilotes 370 incluye una carcasa 372 que define una cámara, la cámara está configurada para albergar un fluido, por ejemplo agua. En otras palabras, la cámara proporciona un espacio generalmente sellado configurado para albergar y mantener un volumen de fluido en el mismo. La carcasa 372 puede incluir una válvula en una pared de la misma, acoplada a una fuente/depósito de fluido (por ejemplo, a través de una tubería o conducto) para permitir que la cámara se llene antes o durante el uso. De esta manera, el ensamblaje puede transportarse al sitio de operación con una cámara vacía. La cámara puede luego llenarse hasta un nivel deseado in situ (ya sea antes de levantar la cámara o cuando se levanta y mientras se espera para liberarla). Se entendería que el "nivel deseado" puede predeterminarse para producir una energía de impacto predeterminada para introducir un pilote en el terreno. El agua utilizada para llenar la cámara puede ser agua bombeada desde la ubicación en alta mar, por ejemplo, agua de mar. In this example (as illustrated in Figures 3 and 4), the pile driver assembly 370 includes a housing 372 defining a chamber, the chamber being configured to house a fluid, e.g., water. In other words, the chamber provides a generally sealed space configured to house and maintain a volume of fluid therein. The housing 372 may include a valve in a wall thereof, coupled to a fluid source/reservoir (e.g., via a pipe or conduit) to allow the chamber to be filled before or during use. In this manner, the assembly may be transported to the operation site with an empty chamber. The chamber may then be filled to a desired level on-site (either before erecting the chamber or as it is erected and while waiting to be released). It would be understood that the "desired level" may be predetermined to produce a predetermined impact energy to drive a pile into the ground. The water used to fill the chamber may be water pumped from the offshore location, e.g., seawater.
En este ejemplo, el ensamblaje de introducción de pilotes 370 incluye además un medio de activación 374. En este ejemplo, el medio de activación 374 incluye al menos un activador, por ejemplo, un activador hidráulico o neumático. In this example, the pile driver assembly 370 further includes an actuating means 374. In this example, the actuating means 374 includes at least one actuator, for example, a hydraulic or pneumatic actuator.
En este ejemplo, los activadores 374 están acoplados tanto a una estructura de soporte 376 (por ejemplo, una grúa) como a la carcasa 372. In this example, the actuators 374 are coupled to both a support structure 376 (e.g., a crane) and the housing 372.
En este ejemplo, los activadores están ubicados en un extremo de la carcasa 372 que está distal al elemento de prueba 100. En particular, los activadores se extienden hacia abajo desde una porción de la estructura de soporte 376 hacia la carcasa 372 y están acoplados a un extremo superior de la carcasa 372. In this example, the triggers are located at an end of the housing 372 that is distal to the test element 100. In particular, the triggers extend downwardly from a portion of the support structure 376 toward the housing 372 and are coupled to an upper end of the housing 372.
En uso, la cámara se posiciona en una disposición coaxial con el elemento de prueba 100. La activación de los medios de activación 374 desplaza la carcasa/cámara 372 con respecto al elemento de prueba 100, de modo que la cámara se aleja del elemento de prueba 100. En este ejemplo, la activación de los activadores hace que la longitud activa de los activadores disminuya tirando de la carcasa 372 hacia arriba en dirección a un extremo superior de la estructura de soporte 376. Una activación adicional de los medios de activación 374 hace que los medios de activación 374 liberen la cámara de modo que la cámara se desplaza hacia el elemento de prueba 100. Como resultado, la cámara ejerce una fuerza sobre el elemento de prueba 100, para introducir de manera controlada el elemento de prueba hacia el terreno. In use, the chamber is positioned in a coaxial arrangement with the test element 100. Activation of the activation means 374 displaces the housing/chamber 372 relative to the test element 100 such that the camera moves away from the test element 100. In this example, activation of the activators causes the active length of the activators to decrease by pulling the housing 372 upwardly towards an upper end of the support structure 376. Further activation of the activation means 374 causes the activation means 374 to release the camera such that the camera moves towards the test element 100. As a result, the camera exerts a force on the test element 100, to drive the test element into the ground in a controlled manner.
En general, resulta ventajoso que el ensamblaje de introducción de pilotes utilizado para introducir el elemento de prueba en el terreno sea de la misma configuración o tipo que el utilizado para realizar las operaciones de pilotaje posterior (es decir, las operaciones de pilotaje posterior que utilizan la caracterización del terreno obtenida utilizando el elemento de prueba). Esto garantiza que las condiciones del suelo o el cambio de las condiciones del suelo durante la introducción se repliquen lo mejor posible entre las operaciones de prueba y las operaciones de pilotaje. In general, it is advantageous for the pile-driving assembly used to drive the test element into the ground to be of the same configuration or type as that used to perform subsequent piling operations (i.e., subsequent piling operations utilizing the ground characterization obtained using the test element). This ensures that soil conditions or changes in soil conditions during driving are replicated as closely as possible between the test and piling operations.
Por ejemplo, el ensamblaje de introducción de pilotes utilizado para las operaciones de prueba puede ser una versión generalmente a escala reducida del ensamblaje de introducción de pilotes utilizado para las operaciones de pilotaje. Por ejemplo, un ensamblaje de introducción de pilotes "a escala real" utilizado para las operaciones de pilotaje puede incluir una cámara con un volumen capaz de contener de aproximadamente 1000 a 5000 toneladas de agua (adecuado para introducir monopilotes de un diámetro de aproximadamente 6 a 15 metros en el terreno). Cuando la cámara está llena de agua, la masa total de la carcasa (incluida el agua que contiene) puede ser al menos 8 veces mayor que la masa de un martillo introducido típico utilizado para operaciones de pilotaje (adecuadamente entre 8 y 12 veces mayor). Por ejemplo, la masa de un martillo hidráulico de impacto grande puede ser de aproximadamente 200 a aproximadamente 270 toneladas, mientras que la masa total de una carcasa con agua puede ser de aproximadamente 2700 toneladas. For example, the pile driver assembly used for testing operations may be a generally scaled-down version of the pile driver assembly used for piling operations. For example, a "full-scale" pile driver assembly used for piling operations may include a chamber with a volume capable of holding from about 1,000 to 5,000 tons of water (suitable for driving monopiles with a diameter of about 6 to 15 meters into the ground). When the chamber is filled with water, the total mass of the casing (including the water it contains) may be at least 8 times greater than the mass of a typical driven hammer used for piling operations (suitably between 8 and 12 times greater). For example, the mass of a large hydraulic impact hammer may be from about 200 to about 270 tons, while the total mass of a casing with water may be about 2,700 tons.
Un ensamblaje "reducido" utilizado para las operaciones de prueba puede tener dimensiones reducidas en una proporción de aproximadamente 1:50 a aproximadamente 1:200, apropiadamente 1:100. A "reduced" assembly used for test operations may have dimensions reduced in a ratio of about 1:50 to about 1:200, appropriately 1:100.
Resulta ventajoso que el ensamblaje de introducción de pilotes utilizado para las operaciones de pilotaje (y, por lo tanto, también para introducir el elemento de prueba en el terreno) produzca un bajo nivel de vibraciones durante el uso (por ejemplo, en relación con un martillo vibratorio). Por ejemplo, el uso de un martillo vibratorio en las operaciones de pilotaje alteraría las características del terreno durante el proceso de introducción, reduciendo la aplicabilidad de las mediciones obtenidas por el elemento de prueba. It is advantageous if the pile-driving assembly used for piling operations (and therefore also for driving the test element into the ground) produces a low level of vibration during use (e.g., in relation to a vibratory hammer). For example, the use of a vibratory hammer in piling operations would alter the characteristics of the ground during the driving process, reducing the applicability of the measurements obtained with the test element.
Modificaciones Modifications
La fuerza de introducción puede transferirse al elemento de prueba 100, 500 de cualquier manera adecuada (dicho de otro modo, el cuerpo longitudinal del elemento de prueba puede configurarse para recibir una fuerza de introducción de los medios de introducción de cualquier manera adecuada). Por ejemplo, el elemento de prueba puede incluir un extremo de introducción, o porción de introducción, configurado para recibir una fuerza de introducción de los medios de introducción (es decir, un golpe de un martillo). The insertion force may be transferred to the test element 100, 500 in any suitable manner (in other words, the longitudinal body of the test element may be configured to receive an insertion force from the insertion means in any suitable manner). For example, the test element may include an insertion end, or insertion portion, configured to receive an insertion force from the insertion means (i.e., a blow from a hammer).
De manera ventajosa, la fuerza de introducción se transfiere al elemento de prueba 100, 500 de una manera que minimiza el riesgo de que el elemento de prueba se deforme durante la introducción. Por ejemplo, el elemento de prueba puede incluir un tope, saliente o pasador extraíble que se extiende lateralmente desde el elemento de prueba. El ensamblaje de introducción de pilotes puede aplicar una fuerza al tope que introduce el elemento de prueba hacia abajo. El tope puede estar ubicado inicialmente a una distancia predeterminada por encima del terreno. Específicamente, la distancia predeterminada puede ser lo suficientemente grande como para permitir que el elemento de prueba se introduce hacia abajo (sin que el tope entre en contacto con el terreno) pero también lo suficientemente pequeña como para minimizar la longitud sin soporte del elemento de prueba entre el tope y el terreno para reducir la probabilidad de pandeo. Es decir, la introducción de la carga se realiza lo más cerca posible del terreno. A medida que el tope se acerca al terreno, el tope puede extraerse y reinsertarse en una posición diferente para impactos adicionales. Advantageously, the driving force is transferred to the test element 100, 500 in a manner that minimizes the risk of the test element deforming during driving. For example, the test element may include a removable stop, boss, or pin extending laterally from the test element. The pile driving assembly may apply a force to the stop that drives the test element downward. The stop may be initially located a predetermined distance above the ground. Specifically, the predetermined distance may be large enough to allow the test element to be driven downward (without the stop contacting the ground) but also small enough to minimize the unsupported length of the test element between the stop and the ground to reduce the likelihood of buckling. That is, the load is introduced as close to the ground as possible. As the stop approaches the ground, the stop may be extracted and reinserted in a different position for additional impacts.
Alternativa (o adicionalmente), el sistema de prueba puede incluir además un ensamblaje de sujeción (por ejemplo, como parte del ensamblaje de introducción de pilotes) configurado para engancharse con el elemento de prueba en una posición próxima al terreno. El ensamblaje de sujeción puede proporcionar soporte lateral a la porción no soportada del elemento de prueba durante la introducción o la fuerza de introducción puede transferirse al elemento de prueba a través del ensamblaje de sujeción. Alternatively (or additionally), the test system may further include a clamping assembly (e.g., as part of the pile driving assembly) configured to engage the test element at a position close to the ground. The clamping assembly may provide lateral support to the unsupported portion of the test element during driving, or the driving force may be transferred to the test element via the clamping assembly.
Los elementos de prueba 100, 500 pueden estar hechos de cualquier material adecuado, por ejemplo, un acero inoxidable de alta calidad. The test elements 100, 500 may be made of any suitable material, for example, a high-quality stainless steel.
En algunos ejemplos, el elemento de prueba puede incluir dispositivos de muestreo de suelo, para recolectar porciones de prueba del terreno para un análisis posterior. El elemento de prueba puede incluir equipo configurado para detectar municiones sin explotar. El elemento de prueba puede incluir equipo de detección configurado para detectar rocas dentro del terreno. In some examples, the test element may include soil sampling devices to collect sample portions of the ground for later analysis. The test element may include equipment configured to detect unexploded ordnance. The test element may include detection equipment configured to detect rocks within the ground.
Será evidente para una persona experta en la técnica que las características descritas en relación con cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente pueden aplicarse de manera intercambiable entre las diferentes realizaciones. Las realizaciones descritas anteriormente son ejemplos para ilustrar diversas características de la invención. Por ejemplo, a partir de esta divulgación se prevé un elemento de prueba que combina aspectos del elemento de prueba 100 (por ejemplo, al menos un conjunto de sensores de fricción u otros sensores para determinar información durante la introducción) y el elemento de prueba 500 (por ejemplo, al menos dos sensores de rigidez lateral para determinar la rigidez lateral in situ). Es decir, se puede utilizar una pluralidad de sensores de rigidez lateral como se describe en la Figura 5 como un segundo o tercer conjunto de sensores en el elemento de prueba 100. De esta manera, se puede proporcionar un elemento de prueba que puede medir tanto las características cambiantes del suelo durante la introducción como el perfil de rigidez lateral in situ. It will be apparent to one skilled in the art that the features described in connection with any of the above-described embodiments may be applied interchangeably among the different embodiments. The above-described embodiments are examples to illustrate various features of the invention. For example, envisioned from this disclosure is a test element that combines aspects of test element 100 (e.g., at least one set of friction sensors or other sensors for determining information during insertion) and test element 500 (e.g., at least two lateral stiffness sensors for determining in-situ lateral stiffness). That is, a plurality of lateral stiffness sensors as described in Figure 5 may be utilized as a second or third set of sensors on test element 100. In this manner, a test element may be provided that can measure both changing soil characteristics during insertion and the in-situ lateral stiffness profile.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta especificación, las expresiones "comprender" y "contener" y variaciones de las mismas significan "que incluye, pero no se limita a", y no pretenden (y no excluyen) otras fracciones, aditivos, componentes, números enteros o pasos. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta especificación, el singular abarca el plural a menos que el contexto requiera lo contrario. En particular, cuando se utiliza el artículo indefinido, la especificación debe entenderse como que contempla la pluralidad así como la singularidad, a menos que el contexto requiera lo contrario. Throughout the description and claims of this specification, the terms "comprise" and "contain" and variations thereof mean "including, but not limited to," and are not intended to (and do not exclude) other fractions, additives, components, integers, or steps. Throughout the description and claims of this specification, the singular encompasses the plural unless the context otherwise requires. In particular, where the indefinite article is used, the specification should be understood to contemplate the plural as well as the singular, unless the context otherwise requires.
Las características, números enteros, características, compuestos, fracciones químicas o grupos descritos junto con un aspecto, realización o ejemplo particular de la invención deben entenderse como aplicables a cualquier otro aspecto, realización o ejemplo descrito en este documento a menos que sean incompatibles con ellos. Todas las características divulgadas en esta especificación (incluyendo cualquier reivindicación, resumen y dibujos adjuntos), y/o todos los pasos de cualquier método o proceso divulgado de esta manera, pueden combinarse en cualquier combinación, excepto combinaciones en las que al menos algunas de dichas características y/o pasos sean mutuamente excluyentes. La invención no está restringida a los detalles de ninguna de las realizaciones anteriores. Features, integers, characteristics, compounds, chemical moieties, or groups described in conjunction with a particular aspect, embodiment, or example of the invention are to be understood as applicable to any other aspect, embodiment, or example described herein unless they are incompatible therewith. All features disclosed in this specification (including any accompanying claims, abstracts, and drawings), and/or all steps of any method or process so disclosed, may be combined in any combination, except for combinations in which at least some of such features and/or steps are mutually exclusive. The invention is not restricted to the details of any of the foregoing embodiments.
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