ES3023069B2 - Penetrometro dinamico de caracterizacion de sedimentos sumergidos y metodo de caracterizacion - Google Patents

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0004] PENETRÓMETRO DINÁMICO DE CARACTERIZACIÓN DE SEDIMENTOS

[0005] SUMERGIDOS Y MÉTODO DE CARACTERIZACIÓN

[0007] Campo técnico

[0009] La presente invención está referida a una nueva tipología de penetrómetro dinámico, que es un aparato ligero y con una estructura simplificada respecto a las tipologías de penetrómetros conocidos, y que esta particularizado para poder caracterizar sedimentos de suelos superficiales sumergidos.

[0011] La invención está encuadrada dentro de los diferentes tipos de aparatos, equipos, sistemas o métodos destinados a caracterizar suelos mediante la medida de la compactación a través de la resistencia a la penetración, y concretamente, se dirige a la caracterización de sedimentos sumergidos.

[0013] Estado de la técnica

[0015] Como es sabido, la compactación, porosidad, contenido en agua y prefil redox, entre otras, son variables de gran interés en el estudio de suelos y sedimentos. Todas ellas están relacionadas y se suelen medir de forma indirecta empleando penetrómetros para medir la resistencia a la penetración de suelos y sedimentos.

[0017] Se ha de entender que el término intermareal, en este campo técnico se refiere a la zona semisumergida que va desde la lámina de agua superficial hasta el límite inferior de las mareas; y que la zona infralitoral se refiere a la zona del fondo marino que se encuentra por debajo del límite inferior de las mareas o zona intermareal, hasta la zona donde desaparecen las algas o zona circalitoral, es decir, un suelo que permanece en todo momento sumergido.

[0019] Los penetrómetros son frecuentemente utilizados en el medio terrestre, en estudios relacionados con la producción agrícola o con la ingeniería, geotécnica y medioambiente. Aunque es mucho menos frecuente, se hacen trabajos de caracterización del medio marino en trabajos de ingeniería y obra civil o de recursos mineros, donde son frecuentes los estudios que relacionan la compactación con la estructura del sedimento y los recursos bentónicos. También se ha relacionado la compactación con diferentes prácticas de extracción de recursos bentónicos de interés pesquero o con el uso de la región intermareal para su cultivo y se han empleado para medir la idoneidad del hábitat intermareal para la macrofauna bentónica. En todo caso, al contrario que en suelos terrestres, no son frecuentes las medidas de compactación o resistencia a la penetración de los sedimentos marinos o fluviales, debido a las dificultades para medir esta variable, sobre todo en medios sumergidos.

[0021] En este sentido, la medida de la compactación suele realizarse a través de la resistencia a la penetración empleando un penetrómetro, el cual caracteriza la fuerza necesaria para introducir un cono de un determinado tamaño en el suelo. Estas medidas pueden realizarse en el laboratorio, pero esto requiere un traslado muy cuidadoso de las muestras. Las medidas directas en el campo pueden realizarse mediante penetrómetros cónicos estáticos; penetrómetros cónicos dinámicos; y penetrómetros de caída libre. Sin embargo, en el medio intermareal la mayoría de los trabajos de biología o ecología bentónica miden estas variables de forma indirecta por medios de penetrómetros que tienen la particularidad de comprender una punta con configuración de paletas, del tipo conocido como “vane testers”, en adelante penetrómetros VN, donde dicha punta está precisamente diseñada para estos suelos semisumergidos. Se conoce, por ejemplo, lo divulgado en el documento KR101781409 donde se describe una tipología de penetrómetro VN para suelos semisumergidos con guía articulada, que está pensada para suelos terrestres aunque también se aplica en sedimentos intermareales; o lo divulgado en el documento KR20110054573A donde se describe un penetrómetro VN con un accionador externo particularizado para suelo semisumergidos no drenados; o lo divulgado JP4900459B2 donde se describe un prototipo de penetrómetro VN portable, que aunque está pensado para superficies secas, puede ser utilizado en suelos no sumergidos de la zona intermareal.

[0023] En todo caso, es sabido que los penetrómetros VN no permiten obtener resultados aptos en el medio infralitoral dado que son aparatos que requieren un acoplamiento manual en contacto directo con las personas que lo emplean y, por tanto, para su uso en el infralitoral se requerirían técnicas de buceo y están constituidos por un sistema mecánico de muelles no rsistentes al contacto con el agua, sobre todo marina. Teniendo esto en cuenta, los penetrómetros actuales utilizados en la zona infralitoral son aparatos caros, muy voluminosos, poco manejables y/o están dirigidos a estudios del subsuelo para ingeniería civil y estudios geotécnicos, debiendo realizar una adaptación de dichos resultados al piso superficial, con el problema de que los resultados finales no son totalmente fiables.

[0025] Una de las particularidades y aspectos ventajosos de la invención es que el penetrómetro objeto de la presente memoria descriptiva si puede hacer mediciones tanto en la zona intermareal, con unos resultados semejantes a los penetrómetros VN, como en la zona infralitoral; sin embargo, los penetrómetros VN es sabido que no pueden hacer mediciones en la zona infralitoral.

[0027] En la presente invención se reivindica un penetrómetro dinámico de funcionamiento mecánico, ligero y de bajo coste, fácil de utilizar y apto para suelos sumergidos, tanto intermareales como infralitorales. El aparato se basa en los fundamentos teóricos del uso de los penetrómetros cónicos dinámicos en medio terrestre pero configurados estructuralmente para dirigir el golpe en un medio sumergido, de forma que mide la penetración en los primeros centímetros del sedimento sumergido.

[0029] Habida cuenta de las soluciones conocidas en el estado de la técnica y de los problemas arriba indicados que no están resueltos o son resueltos de una manera no satisfactoria, la presente invención presenta un penetrómetro que permite caracterizar suelos sumergidos, incluidos los suelos infralitorales y que, a diferencia de cualquier otro conocido en el estado de la técnica, permite una medición fiable, no requiriendo de adaptaciones de resultados para este tipo de suelos. En este sentido, el solicitante no conoce una solución tan eficaz a este problema como la que a continuación se describe y reivindica.

[0031] Explicación del invento

[0033] La presente invención consiste en un penetrómetro dinámico que está pensado y diseñado para poder caracterizar sedimentos de suelos superficiales sumergidos, incluidos los suelos infralitorales, siendo un aparato ligero y con una estructura simplificada respecto a las tipologías de penetrómetros conocidos, y que permite sumergir el penetrómetro y estabilizarlo desde una embarcación, de modo que se pueda hacer la caracterización del suelo.

[0035] Ha de indicarse que el funcionamiento de un penetrómetro cónico dinámico se basa en una barra de punta cónica que se clava en el suelo o sedimento debido al golpe de un martillo deslizante en caída libre sobre un plato de choque desde una altura conocida. La energía cinética aplicada por el martillo hace penetrar la barra en el sedimento una cierta profundidad. La profundidad hasta la que penetra la punta de la barra está relacionada con la resistencia a la penetración (PR) del sedimento. La PR depende de la energía cinética aplicada sobre la barra y la forma de la punta. Así, el peso de la barra y del martillo deslizante; la altura desde la que este golpea el plato de choque y la forma de la punta son las variables fundamentales del sistema.

[0037] Los penetrómetros cónicos dinámicos empleados en el medio terrestre se utilizan de manera que la punta de la barra descansa sobre el suelo y un martillo deslizante es liberado por el operario. El martillo deslizante puede ser empleado durante repetidas veces, de forma que el operario anota la distancia que la barra penetra en el suelo tras cada golpe o, el número de golpes necesario para que la barra penetre una distancia determinada.

[0039] Sin embargo, la presente invención está pensada para ser utilizada en la caracterización de suelo sumergidos, por tanto, requiere de una estructura simplificada que es utilizada desde una embarcación y con un cabo de amarre de posicionamiento, y que, frente al funcionamiento en terreno emergido, la medición de la PR es mediante un único golpe. Para ello, en lugar de apoyar la barra sobre el sedimento y golpearla con un martillo deslizante desde una altura determinada, se requiere resolver el problema de poder guiar y sumergir el elemento de golpeo. Para ello, la presente invención resuelve el problema mediante una configuración estructural que se basa en una barra deslizante asociada con un elemento peso o pesa, de modo que al ser liberada desde una altura determinada, esta puede caer en el medio sumergido sobre el sedimento. Si se trabaja en el intermareal durante la marea baja, una vez que la barra deslizante ha sido clavada en el sedimento se mide la distancia que penetró. En el caso de medidas en el infralitoral, el aparato debe ser recuperado sin modificar el recorrido de la barra deslizante en el interior del sedimento para poder medirlo a bordo de la embarcación.

[0041] Entrando en un mayor grado de detalle, el penetrómetro está compuesto por un equipo deslizante que queda montado en una estructura soporte que le permite posicionarse sobre el lecho marino y realizar correctamente la caracterización del suelo.

[0043] El equipo deslizante está constituido por una barra deslizante sobre la que se ajusta una pesa y que comprende una punta cónica removible. El diámetro de la barra deslizante es menor que el de la punta cónica para evitar la fricción entre la barra y el sedimento. El ángulo de la punta está comprendido entre 20º y 40º, que es un rango empleado en la mayoría de los penetrómetros terrestres, siendo preferentemente 30º. La barra deslizante es alojada en una guía cilíndrica por la que se desliza.

[0045] Como se ha adelantado, el invento tiene la particularidad de ser sumergible, por lo que el equipo deslizante está montado estructura soporte que asegura la caída vertical de la barra deslizante desde una altura determinada hasta el sedimento gracias a una tuerca autoblocante que hace de tope ajustable. La barra deslizante cuenta con una tuerca autoblocante que sirve de referencia para medir el recorrido de la barra deslizante con respecto a la parte superior de la guía y, por tanto, su penetración en el sedimento.

[0047] El equipo deslizante comprende unas mordazas, que son el punto de sujeción de la barra deslizante a unos tirantes, los cuales están fijados a un cabo, quedando las mordazas fijadas mediante unas varillas. El punto de contacto entre las mordazas y la barra deslizante está constituido por una tuerca cortada a la mitad que se ajusta perfectamente a la rosca de la barra deslizante. Cuando los tirantes están tensos, las mordazas bloquean la barra deslizante en su posición, tanto antes como después de su liberación. En el extremo opuesto, las mordazas cuentan con un contrapeso, que es una pieza de plomo, que asegura la inmediata liberación de la barra deslizante cuando los tirantes no están tensos.

[0049] En una posible realización de la invención, la barra deslizante es de acero roscada de 8 mm de diámetro sobre la que se ajusta una pesa que es una pieza de plomo y una punta cónica removible de 20 mm de diámetro de la base y un ángulo de 30. La estructura soporte asegura la caída vertical de la barra deslizante desde una altura de 30 cm hasta el sedimento gracias a una tuerca autoblocante que hace de tope ajustable. Esta tuerca de referencia está dispuesta a 50 cm sobre la guía cuando la punta de la barra deslizante está a 30 cm sobre el sedimento y, por tanto, permite una penetración máxima de 20 cm de la barra deslizante en el sedimento. Sin embargo, la distancia entre la base de la pesa o pieza de plomo y la punta es de 16 cm, de modo que este es el máximo recorrido que la punta puede penetrar en el sedimento. El peso total de la barra deslizante con la pieza de plomo y las tuercas necesarias es de 2 kg. La guía por la que se desliza la barra deslizante es un cilindro con un diámetro interior de 10 mm que dispone de un eje horizontal sobre el que se articulan dos mordazas. Las mordazas son el punto de sujeción del aparato a unos tensores mediante unas varillas de 2 mm de diámetro.

[0051] El diseño de la barra deslizante y la situación de la guía en su soporte hacen que la punta de la barra, cuando el conjunto del penetrómetro está armado, esté a 30 cm de altura sobre el sedimento. La tensión del cabo y, por tanto, de los tirantes, que sujeta el aparato aprieta las mordazas sobre la barra y permite descender lentamente el aparato hasta el sedimento sin que la barra se libere. Cuando el aparato contacta con el fondo, las mordazas se separan de la barra deslizante y la liberan para que caiga y se clave en el sedimento. Una vez clavada la barra deslizante, al tensar el cabo para subir el aparato, las mordazas fijan la barra deslizante en su posición final y permiten medir su recorrido en el sedimento una vez recuperado el aparato. La penetración de la punta cónica en el sedimento se mide a través de la distancia de la tuerca de referencia de la barra deslizante y la parte superior de la guía.

[0053] Para el cálculo de la PR se tiene en cuenta la distancia de caída de la barra deslizante y su peso; el peso de los elementos que penetran en el sedimento, la distancia recorrida por la punta cónica dentro del sedimento y la superficie de la base de la punta cónica.

[0055] Siguiendo a Vanags et al [[2004. The dynamic penetrometer for assessment of soil mechanical resistance. Proceedings of 3rd Australian New Zealand Soils Conference. 5-9.]] la PR para un penetrómetro clásico puede ser expresada en Pa y calculada como

[0058]

[0060] donde M es la masa de un martillo deslizante (kg) y m la masa de la barra. En el caso del presente invento, M es el peso de la barra deslizante con todos sus complementos y m es sustituído por 0 en la ecuación, de forma que se propone el cálculo de PR como

[0063]

[0065] donde g es la aceleración de la gravedad constant (m/s²); h es la altura (m) desde que la barra deslizante es liberada; A es el área de la base del cono (m²) y x es la distancia (m) que la punta cónica penetra en el sedimento. Se emplea esta función dado que antes de aplicar la fuerza de penetración la barra no descansa sobre el sedimento.

[0067] El presente penetrómetro, con la estructura y el procedimiento de operación previamente explicados, permite la obtención del PR tanto en la zona intermareal como en la zona infralitoral.

[0069] En este punto, se puede indicar que el presente invento también va dirigido a divulgar un método de caracterización de un suelo sumergido, tanto infralitoral como intermareal, que se lleva a cabo con un penetrómetro como el previamente descrito, donde hay los siguientes pasos:

[0070] i) sumergir el penetrómetro desde un punto emergido como puede ser una embarcación con un cabo, donde la tensión de los tirantes aprieta las mordazas sobre la guía y permite descender el penetrómetro hasta el sedimento del suelo marino sin que la barra deslizante se libere; estando la barra deslizante en posición de armado usando la tuerca tope como referencia;

[0071] ii) posicionar la base de la estructura soporte del penetrómetro sobre la superficie marina, donde se asegura la caída vertical de la barra deslizante por medio de la tuerca de tope hasta el sedimento; y estando la tuerca de referencia por encima de la tuerca de tope en la barra deslizante;

[0072] iii) liberación de las mordazas al apoyarse la base en el suelo marino, que al no estar los tirantes tensos se acciona el movimiento de los contrapesos y se libera la barra deslizante;

[0073] iv) penetración de la barra deslizante con un único golpe en el sedimento del suelo marino, y sin necesitar múltiples golpes tal y como es requerido con los penetrómetros usados en superficie;

[0074] v) se tensa el cabo y consecuentemente los tirantes, fijando las mordazas la barra deslizante enclavada en el suelo;

[0075] vi) se emerge el conjunto del penetrómetro a la superficie donde se mide la penetración de la punta cónica a través de la distancia que hay entre la tuerca de referencia de la barra deslizante y la parte superior de la guía; y

[0076] vii) donde el cálculo de la resistencia a la penetración (PR) del sedimento se hace por medio de la ecuación

[0079]

[0080] donde g es la aceleración de la gravedad constante (m/s²); h es la altura (m) desde que la barra deslizante es liberada; A es el área de la base del cono (m²) y x es la distancia (m) que la punta cónica penetra en el sedimento.

[0082] A continuación, se muestra un ejemplo de aplicación del invento, en comparación con los resultados obtenidos en un penetrómetro VN en una zona intermareal. Como se ha comentado previamente, un penetrómetro VN no es posible ser utilizado en zona infralitoral a menos que sea operado por buzos, y en todo caso el penetrómetro VN no es sumergible, por tanto, no se puede hacer este ejemplo comparativo

[0084] En este sentido, se ha utilizado el penetrómetro objeto de la presente invención en una zona intermareal arenosa de la ría de Arousa con un rango muy amplio de valores de compactación. En cada localización se han tomado 5 medidas con el penetrómetro y otras 5 con un penetrómetro VN, concretamente del tipo comercial PILCON, separadas por 20 cm. Además, posteriormente a las medidas, se ha recogido una muestra de sedimento para estudiar su granulometría. Para comparar la precisón de las medidas de ambos instrumentos se ha empleado el test de comparación de los coeficientes de variación de Forkman (F) [[Forkman, J., 2009. Estimator and Tests for Common Coefficients of Variation in Normal Distributions. Communications in Statistics - Theory and Methods Taylor & Francis 38: 233–251]].

[0086] El sedimento de las estaciones de muestreo que se utilizaron para la comparación de las medidas del penetrómetro objeto de la presente invención y el penetrómetro VN estaban constituidos por arenas gruesas y medias (Mediana entre 0.34 y 1,25 mm). Los valores obtenidos oscilaron entre 3.8 KPa (coeficiente variación-CV = 11.9%) y 12.5 KPa (CV = 12.9%) para la compactación medida con el VN y entre 159.7 KPa (CV = 11.6%) y 389.3 KPa (CV = 18.1%) KPa para la PR medida con el penetrómetro. Véase tabla 1.

[0088]

[0089]

[0092] Tabla 1

[0094] Tabla 1: donde los Valores medios (V) y coeficiente de variación (CVcomp) son los medidos con el penetrómetro VN y los de resistencia a la penetración (PR) y coeficiente variación (CVpen) con el penetrómetro objeto del presente invento. Se incluyen los valores del test de Forkman (F) y la probabilidad de que el coeficiente de obtenido con ambos aparatos sea semejante (p)

[0096] Los valores medios obtenidos con los dos aparatos mostraron entre si una correlación muy altamente significativa (r² = 0.804; p<0.001), y una regresión muy altamente significativa (F = 48.427; p < 0.001) con un R²adj de 0.629, que se ajusta a la ecuación

[0098] 𝑃𝑅 = 24.317𝐶 104.282

[0099] donde C es la compaction medida con el penetrómetro VN (véase Fig. 1). Los coeficientes de variación oscilaron entre el 2.2% y 25.6% para los valores medidos con penetrómetro VN y entre 1.8% y 35.7% para los obtenidos con el penetrómetro objeto de la presente invención. El test de Forkman no mostró diferencias significativas entre los coeficientes de variación de los resultados obtenidos con ambos aparatos en ninguna de las localidades (Tabla 1) ni en el conjunto de ellas (F = 1.0002; p = 0.999). Tampoco se encontró una correlación significativa entre los coeficientes de variación obtenidos en cada una de las estaciones con uno u otro aparato. La penetración de la barra deslizante en el sedimento osciló entre 4 y 15 cm en el único golpe que este aparto puede producir para provocar la penetración. La distancia entre la punta del penetrómetro y la base de la pieza de plomo es de 16 cm, por tanto, esta pieza interferirá en la penetración en sedimento con una RP inferior a 117.8 KPa para una barra deslizante de 2 kg. En estos casos la pieza de plomo puede sustituirse por una más ligera para disminuir el peso de la barra y ampliar el límite inferior del rango de medida del penetrómetro. Así, con una barra deslizante de 1 kg la RP más baja medible con el aparato sería de 58.9 KPa. Por otra parte, dado que es sabido que el 90% de la macrofauna bentónica vive en los primeros 10 cm del sedimento la aplicación de este penetrómetro aporta valores de resistencia a la penetración en la capa de sedimento de mayor interés para el estudio de la influencia de las caraterísticas del sedimento sobre las comunidades bentónicas. Esto implica el correcto uso de este penetrómetro en una zona donde hasta el momento estas caracterizaciones se realizaban solo con penetrómetros VN, y ahora se pueden realizar con el penetrómetro objeto del presente invento, con la ventaja de que este nuevo penetrómetro también puede ser utilizado para caracterizar la zona infralitoral dado que la estructura soporte y el mecanismo de accionamiento del equipo deslizante permite que se posicione sobre el lecho marino en esa zona infralitoral y que la caída de la barra deslizante esté guiada para la correcta toma de la lectura de penetración.

[0101] El solicitante no conoce un penetrómetro de caracterización de suelos sumergidos tan eficaz como el previamente descrito, que sirve para caracterizar tanto suelos infralitores como suelos intermareales. Además, se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, el término “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas o elementos adicionales.

[0103] Breve descripción de las figuras

[0105] Con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

[0107] La Figura 1 es una gráfica donde se muestra la relación entre la compactación medida con un penetrómetro VN y la resistencia a la penetración medida con un penetrómetro objeto de la presente invención.

[0109] La Figura 2 muestra una vista en alzado del conjunto del penetrómetro objeto de la presente invención.

[0111] La Figura 3 muestra una vista cenital del conjunto del penetrómetro.

[0113] La Figura 4 muestra una vista en alzado del equipo deslizante.

[0115] La Figura 5 muestra una vista en alzado de la barra deslizante.

[0117] La Figura 6 muestra un detalle ampliado de la barra deslizante, concretamente de la guía, la barra deslizante y el eje de sujeción de las mordazas.

[0119] La Figura 7 muestra otra vista del detalle ampliado de la figura anterior.

[0120] La Figura 8 muestra en detalle el eje de sujeción de las mordazas, mostrado en una vista cenital y acorde a las dos anteriores figuras.

[0122] La Figura 9 muestra una vista en alzado del conjunto de guía de la barra deslizante y de las mordazas que permiten el accionamiento del penetrómetro.

[0124] La Figura 10 muestra una vista cenital del conjunto de acuerdo con la figura anterior.

[0126] En este sentido, en el juego de figuras los diferentes elementos se referencian numéricamente de la siguiente forma:

[0127] equipo deslizante (E): barra deslizante (1); tuerca de referencia (2); tuerca de tope (3); pesa (4); punta cónica (5); guía (6) de la barra deslizante; eje de sujeción (7) de mordazas; mordaza (8); contrapeso (9); tirantes (10) de conexión con un cabo; anilla de amarre (11) con un cabo

[0128] estructura soporte (S): base (12); patas (13); travesaños de sustentación (14); conectores (15) de los tirantes; varillas de sujeción (16) de la guía; y

[0129] cabo (C) y suelo marino (M).

[0131] Explicación detallada de un modo de realización del invento

[0133] A continuación, se pasa a describir de manera breve un posible modo de realización del penetrómetro objeto de la presente invención. En este sentido, tal como se puede ver en el juego de figuras, el penetrómetro comprende

[0134] un equipo deslizante (E) que comprende una barra deslizante (1) que queda alojada dentro de una guía (6) cilíndrica y hueca, donde la barra comprende una tuerca de referencia (2) y una tuerca de tope (3), estando dispuesta la tuera de referencia en una posición superior respecto de la tuerca de tope; y una pesa, que es preferentemente una pieza de plomo, dispuesta debajo de la tuerca de tope (3), y una punta cónica (5) dispuesta en el extremo inferior de la barra deslizante (1); y donde además comprende un eje de sujeción (7) dispuesto en un punto intermedio de la guía (6), preferentemente entre las tuercas de referencia y tope, que es un punto de articulación en el que se fijan dos mordazas (8), sendas mordazas dispuestas transversalmente respecto del eje de la barra (1) y en sentido opuesto, donde estas mordazas comprenden unos orificios de fijación de un tirante (10) en un extremo y un contrapeso (9), de manera que basculan dependiendo de la tensión del tirante (10); y donde los tirantes (10) quedan unidos en una anilla de amarre (11) de conexión con un cabo (C) que es manipulado por un operario desde la superficie, pudiendo ser manipulado desde una embarcación en la zona infralitoral, y que permite subir y bajar el equipo deslizante;

[0135] y donde la invención tiene la particularidad, precisamente para poder ser utilizada en la zona infralitoral, de una estructura soporte (S) que sustenta el equipo deslizante (E) y permite sumergirlo, posicionarlo sobre el suelo marino (M) y permite el correcto guiado para la penetración de la barra deslizante en el citado suelo marino, donde esta estructura comprende una base (12) conformada por cuatro pletinas en forma cuadrangular que son las que se apoyan sobre el suelo marino; unas patas (13) que parten con inclinación de cada esquina de la base (12); y unos travesaños de sustentación (14), concretamente cuatro, que reciben en sus esquinas las patas (12), de modo que se genera una estructura de pirámide truncada; y donde en los travesaños (14) se dispone de unos conectores (15) de los tirantes, que son unas argollas en dos laterales opuestos que guían el movimiento de los tirantes (10); y unas varillas de sujeción (16) de la guía, que fijan la posición de la guía (6) para que en todo momento el movimiento de deslizamiento vertical o de caída de la barra (1) sea estable.

[0137] A la hora de explicar el método de caracterización del suelo, que se lleva a cabo con el penetrómetro previamente señalado, una realización preferente del método tiene lo siguientes pasos:

[0138] i) sumergir el penetrómetro desde un punto emergido con un cabo (C), donde la tensión de los tirantes (10) aprietan las mordazas (8) sobre la guía (6) y permite descender el penetrómetro hasta el sedimento del suelo marino (M) sin que la barra deslizante (1) se libere, usando la tuerca tope (3) como referencia;

[0139] ii) posicionar la base (12) de la estructura soporte del penetrómetro sobre el suelo marino (M), donde se asegura la caída vertical de la barra deslizante (1) desde una altura de 30 cm por medio de la tuerca de tope (3) hasta el sedimento; y estando la tuerca de referencia (2) 20 cm por encima de la tuerca de tope (3) en la barra deslizante; y siendo la distancia entre la base de la pesa (4) y la punta cónica (5) de 16 cm;

[0140] iii) liberación de las mordazas (8) al apoyarse la base (12) en el suelo marino (M), que al no estar los tirantes (10) tensos se acciona el movimiento de los contrapesos (9) y se libera la barra deslizante (1);

[0141] iv) penetración de la barra deslizante (1) con un único golpe en el sedimento del suelo marino (M), siendo la penetración hasta 15 cm;

[0142] v) se tensa el cabo (C) y consecuentemente los tirantes (10), fijando las mordazas (8) la barra deslizante (1) enclavada en el suelo;

[0143] vi) se emerge el conjunto del penetrómetro a la superficie donde se mide la penetración de la punta cónica (5) a través de la distancia que hay entre la tuerca de referencia (2) de la barra deslizante y la parte superior de la guía (6); y vii) donde el cálculo de la resistencia a la penetración (PR) del sedimento se hace por medio de la ecuación

[0146]

[0147] donde g es la aceleración de la gravedad constante (m/s²); h es la altura (m) desde que la barra deslizante es liberada; A es el área de la base del cono (m²) y x es la distancia (m) que la punta cónica penetra en el sedimento.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

1.- Penetrómetro dinámico de caracterización de sedimentos sumergidos, tanto de suelos en la zona intermareal como de suelos en la zona infralitoral, que se caracteriza por que comprende:

un equipo deslizante (E) que comprende:

una barra deslizante (1) que queda alojada dentro de una guía (6) cilíndrica y hueca; donde la barra comprende una tuerca de referencia (2) y una tuerca de tope (3), estando dispuesta la tuera de referencia en una posición superior respecto de la tuerca de tope; una pesa (4) dispuesta debajo de la tuerca de tope (3); y una punta cónica (5) dispuesta en el extremo inferior de la barra deslizante (1); y comprende un eje de sujeción (7) dispuesto en un punto intermedio de la guía (6) que es un punto de articulación en el que se fijan dos mordazas (8) dispuestas transversalmente respecto del eje de la barra (1) y en sentido opuesto, donde estas mordazas comprenden unos orificios de fijación de un tirante (10) en un extremo y un contrapeso (9), de manera que basculan dependiendo de la tensión del tirante (10); y donde los tirantes (10) quedan unidos en una anilla de amarre (11) de conexión con un cabo (C) que es manipulado por un operario desde la superficie para subir y bajar el equipo deslizante;

y una estructura soporte (S) que sustenta el equipo deslizante (E) que comprende:

una base (12) en forma cuadrangular abierta que se apoya sobre el suelo marino (M); unas patas (13) que parten con inclinación de cada esquina de la base (12); y unos travesaños de sustentación (14), concretamente cuatro, que reciben en sus esquinas las patas (12), de modo que se genera una estructura de pirámide truncada; y donde en los travesaños (14) se dispone de unos conectores (15) de los tirantes que guían el movimiento de los tirantes (10); y unas varillas de sujeción (16) de la guía que fijan la posición de la guía (6).

2.- Penetrómetro dinámico, según la reivindicación 1, donde la pesa (4) es una pieza de plomo.

3.- Penetrómetro dinámico, según la reivindicación 1, donde el ángulo de la punta cónica (5) está comprendido entre 20º y 40º.

4.- Penetrómetro dinámico, según la reivindicación 1, donde la tuerca de tope (3) es una tuerca ajustable y autoblocante.

5.- Penetrómetro dinámico, según la reivindicación 1, donde la base (12) se conforma por cuatro pletinas.

6.- Penetrómetro dinámico, según la reivindicación 1, donde la base (12), las patas (13) y los travesaños de sustentación (14) generan una estructura de pirámide truncada.

7.- Método de caracterización de un suelo sumergido, que se lleva a cabo con un penetrómetro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende los siguientes pasos:

i) sumergir el penetrómetro desde un punto emergido con un cabo (C), donde la tensión de los tirantes (10) aprietan las mordazas (8) sobre la guía (6) y permite descender el penetrómetro hasta el sedimento del suelo marino (M) sin que la barra deslizante (1) se libere usando la tuerca de tope (3) como referencia; ii) posicionar la base (12) de la estructura soporte del penetrómetro sobre la superficie del suelo marino (M), donde se asegura la caída vertical de la barra deslizante (1) por medio de la tuerca de tope (3) hasta el sedimento; y estando la tuerca de referencia (2) por encima de la tuerca de tope (3) en la barra deslizante;

iii) liberación de las mordazas (8) al apoyarse la base (12) en el suelo marino (M), que al no estar los tirantes (10) tensos se acciona el movimiento de los contrapesos (9) y se libera la barra deslizante (1);

iv) penetración de la barra deslizante (1) con un único golpe en el sedimento del suelo marino (M);

v) tensar el cabo (C) y consecuentemente los tirantes (10), fijando las mordazas (8) la barra deslizante (1) enclavada en el suelo;

vi) emerger el conjunto del penetrómetro a la superficie donde se mide la penetración de la punta cónica (5) a través de la distancia que hay entre la tuerca de referencia (2) de la barra deslizante y la parte superior de la guía (6); y vii) donde el cálculo de la resistencia a la penetración (PR) del sedimento se hace por medio de la ecuación

donde g es la aceleración de la gravedad constante (m/s²); h es la altura (m) desde que la barra deslizante es liberada; A es el área de la base del cono (m²) y x es la distancia (m) que la punta cónica penetra en el sedimento.

8.- Método de caracterización de un suelo sumergido, según la reivindicación 7, donde en la etapa ii) donde se asegura la caída vertical de la barra deslizante (1) desde una altura de 30 cm por medio de la tuerca de tope (3) hasta el sedimento.

9.- Método de caracterización de un suelo sumergido, según la reivindicación anterior, donde la tuerca de referencia (2) se sitúa 20 cm por encima de la tuerca de tope (3) en la barra deslizante; y donde la distancia entre la base de la pesa (4) y la punta cónica (5) de 16 cm.

10.- Método de caracterización de un suelo sumergido, según las reivindicaciones 7 – 9, donde en la etapa iv) la penetración de la barra deslizante (1) con un único golpe en el sedimento del suelo marino (M) es hasta 15 cm.