BRPI0720423A2

BRPI0720423A2 - Método e aparelho para testar a capacidade de suporte de carga utilizando uma célula anular

Info

Publication number: BRPI0720423A2
Application number: BRPI0720423-0A
Authority: BR
Inventors: John A Hayes
Original assignee: Loadtest Inc
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2013-12-31
Also published as: MX2009006713A; US8307716B2; US20130068033A1; RU2626101C9; RU2456409C2; EP2092125A1; AU2007333626B2; AU2007333626A1; MX352130B; HK1135443A1; US7832280B2; US20110056303A1; RU2009127751A; KR101372063B1; RU2626101C2; BRPI0720423B1; KR20090106530A; SG177196A1; ZA200903396B; JP5277174B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "METODO E APARELHO PARA TESTAR A CAPACIDADE DE SUPORTE DE CARGA UTILIZANDO UMA CÉLULA ANULAR".

Referência Cruzada a Pedido Relacionado O presente pedido reivindica os benefícios do pedido U.S. N0

60/875.665, depositado em 19 de dezembro de 2006, que é incorporado a- qui por referência em sua totalidade, incluindo quaisquer figuras, tabelas ou desenhos.

Campo da Invenção

As modalidades da invenção referem-se a um método e apare-

lho para testar a capacidade de suporte de carga de eixos de concreto utili- zando uma célula de carga anular.

Antecedentes da Invenção

Os eixos ou píeres perfurados são frequentemente utilizados na 15 indústria de fundação profunda visto que fornecem uma alternativa econômi- ca para outros tipos de fundações profundas. Os píeres perfurados são tipi- camente formados pela escavação de um furo cilíndrico no solo e então a colocação de aço de reforço e concreto fluido no orifício. A escavação pode ser auxiliada pelo uso de fluidos de perfuração, envoltórios e similares. 20 Quando o concreto endurece, um píer estrutural adequado para o suporte de carga resulta. Esses píeres podem ter vários metros de diâmetro e 15 me- tros ou mais de profundidade. São tipicamente projetados para suportar as cargas de compressão de tensão e compressão axial.

Pilhas, normalmente feitas de concreto, são geralmente utiliza- 25 das para formar as fundações de edifícios e outras estruturas grandes. Uma pilha pode ser considerada uma pilha rígida ou flexível. A finalidade de uma fundação tipo pilha é transferir e distribuir a carga. As pilhas podem ser inse- ridas ou construídas por uma ampla variedade de métodos, incluindo, mas não limitado a, acionamento de impacto, pressão de macaco, ou outro tipo 30 de impulsão, pressão (como em pilhas augercast) ou injeção por impacto, e despejado no lugar, com e sem vários tipos de reforço, e em qualquer com- binação. Uma ampla faixa de tipos de pilhas pode ser utilizada dependendo do tipo de solo e exigências estruturais de um edifício ou outra estrutura grande. Exemplos de tipos de pilha incluem madeira, pilhas de tubo de aço, pilhas de concreto pré-fundido, e pilhas de concreto fundidas no lugar, tam- bém conhecidas como pilhas perfuradas, pilhas augercast ou eixos perfura- 5 dos. As pilhas augercast são uma forma comum de pilhas perfuradas nas quais uma broca oca é perfurada no solo e então retraída com o auxílio de argamassa de cimento injetada por pressão na extremidade inferior, de for- ma a deixar uma coluna quase cilíndrica de argamassa no solo, dentro da qual qualquer reforço de aço necessário é baixado. Quando a argamassa 10 assenta, a pilha está completa. As pilhas podem ter lados paralelos ou afuni- lados. As pilhas de tubo de aço podem ser acionadas para dentro do solo. As pilhas de tubo de aço podem então ser preenchidas com concreto ou dei- xadas sem preencher. As pilhas de concreto prefundidas podem ser aciona- das para dentro do solo. Frequentemente, o concreto prefundido é pretensi- 15 onado para suportar tensões de acionamento e manuseio. As pilhas de con- creto fundidas no lugar podem ser formadas como eixos de concreto fundido em pilhas de envoltório fino que foram acionadas para dentro do solo. Para as pilhas perfuradas, um eixo pode ser perfurado para dentro do solo e en- tão preenchido com concreto e reforço. Um envoltório pode ser inserido no 20 eixo antes do preenchimento com concreto para formar uma pilha encerrada. As pilhas perfuradas, encerradas e não encerradas, e augercast, podem ser consideradas pilhas de não deslocamento.

Um elemento de fundação estrutural acabado tal como um píer ou pilha possui uma capacidade de suporte de carga axial que é convencio- 25 nalmente caracterizada pelos componentes de suporte de extremidade (qb) e suporte lateral, que é uma função da fricção de pele (fs). As cargas aplicadas à extremidade superior do elemento são transmitidas para as paredes late- rais do elemento e para o fundo do elemento. A capacidade de suporte de extremidade sendo uma medida de uma carga máxima que pode ser supor- 30 tada, e dependerá de inúmeros fatores incluindo o diâmetro do elemento e a composição do geomaterial (solo, rocha, etc.) no fundo do eixo. A capacida- de de suporte lateral é uma medida da quantidade de carga capaz de ser suportada pela fricção de pele desenvolvida entre o lado d píer/pilha e o ge- omaterial. Depende de inúmeros fatores, incluindo a composição do elemen- to de fundação e do geomaterial que forma o lado do elemento, que pode variar com o comprimento (profundidade). A soma das capacidades de su- 5 porte de extremidade e suporte lateral geralmente representa a carga total que pode ser suportada pelo elemento sem afundar ou deslizar, o que pode causar movimentos destrutivos para um edifício acabado ou ponte sobre a fundação.

Apesar de ser desejável se conhecer o suporte de extremidade e o suporte lateral máximos de um determinado píer ou pilha acionada, é difícil se realizar tais medições com um alto grau de confiança. Os princípios de engenharia de fundação compensam essas dificuldades designando capaci- dades de suporte de extremidade e suporte de carga a um elemento de fun- dação com base em seu diâmetro e profundidade, no geomaterial na extre- midade do elemento e ao longo de seu lado, e outros fatores. Um fator de segurança é então tipicamente aplicado às capacidades de suporte de ex- tremidade e suporte lateral calculadas. Esses fatores de segurança são es- colhidos para compensar o grande número de fatores desconhecidos que podem afetar de forma adversa o suporte lateral e o suporte de extremidade, incluindo estados de tensão de geomaterial e propriedades, aspereza do furo gerada pelo processo de perfuração, degradação do geomaterial na in- terface de furo e eixo durante a perfuração, duração de tempo na qual o furo permanece aberto antes da colocação do concreto, efeitos residuais dos fluidos de perfuração, tensões de parede de furo produzidas pela colocação do concreto, e outros detalhes relacionados com a construção. Por exemplo, é comum se aplicar um fator de segurança de 2 ao suporte lateral de forma a reduzir pela metade a quantidade calculada a ser criada pela fricção de pele. Da mesma forma, um fator de segurança de 3 é frequentemente aplicado à capacidade de suporte de extremidade calculada, refletindo as incertezas de desenho acima e outras. O Desenho de Fator de Resistência de Carga (L- RFD) é um método de análise alternativo utilizado para projetar fundações estruturais seguras e eficientes pela incorporação de fatores de carga e re- sistência com base na variação conhecida de cargas aplicadas e proprieda- des de material.

O uso de fatores de segurança, ou fatores LRFD, apesar de compensar as muitas incertezas na construção de píer de eixo perfurado e 5 pilhas de acionamento, frequentemente resulta em tais elementos de funda- ção recebendo capacidades de carga segura que são muito conservadoras. Para compensar, os empreiteiros constroem elementos maiores, mais pro- fundos e/ou mais elementos que são necessários para se suportar com se- gurança uma carga estrutura, aumentando, desnecessariamente, o tempo, 10 esforço e gasto de construção de uma fundação adequada.

Como uma solução parcial, é conhecida a medição direta da ca- pacidade de suporte de extremidade e fricção de pele de um píer de eixo perfurado. Isso é tipicamente realizado em um local de produção pela utiliza- ção de uma ou mais pilhas de teste.

Osterberg (patentes U.S. N0 4.614.110 e 5.576.494) descreve

uma sanfona de placa paralela localizada no fundo do eixo antes de um píer de concreto ser despejado. A sanfona é pressurizada com fluido comunicado através de um tubo coaxial com o píer. A fricção de pele é determinada pela medição do deslocamento vertical do píer (correspondendo ao movimento 20 da placa superior da sanfona) como uma função da pressão na sanfona. Da mesma forma, o suporte de extremidade é determinado pela medição de pressão contra o movimento descendente da placa inferior da sanfona, como indicado pela haste afixada à mesma e se estendendo acima da superfície através do tubo de fluido. Depois da finalização do teste de carga, a sanfona 25 é despressurizada. A sanfona pode então ser abandonada ou preenchida com argamassa de cimento, e no último caso se torna essencialmente uma extensão da extremidade inferior do píer.

Nesse caso, a célula de teste que não funciona serve como base do píer e pode, dessa forma, compreender a integridade do eixo. Na prática, um eixo perfurado empregando a "célula Osterberg" é frequentemente a- bandonado depois do teste em favor de eixos próximos que não contêm uma célula de teste de não funcionamento em sua base. Visto que é um desper- dício em termos de tempo, material, esforço e dinheiro se abandonar um eixo formado meramente porque foi utilizado para teste, ainda permanece a necessidade de se criar uma célula de teste que cause menos interferência com o uso do eixo após o teste.

5 Breve Sumário

As modalidades da presente invenção são direcionadas a um aparelho e método para testar a capacidade de suporte de carga de uma ou mais pilhas, ou eixos, utilizando um anel, célula de carga anular. As modali- dades da invenção podem fornecer um aparelho e método para testar a ca- 10 pacidade de suporte de carga de uma ou mais pilhas, ou eixos, que reduz a interferência com a utilização de uma ou mais pilhas, ou eixos, após o teste.

Em uma modalidade específica, um conjunto anular pode ser utilizado na produção de pilhas (por exemplo, pilhas utilizadas como uma fundação de uma estrutura). O conjunto anular é capaz de ser utilizado na 15 produção de pilhas visto que pode ser fabricado de forma econômica e per- mite que o concreto e/ou argamassa passe através do conjunto, enquanto estiver no lugar, durante a fundição da pilha.

Em uma modalidade, durante a construção, as células anulares podem ser colocadas na maior parte, ou em todas as pilhas de produção, se 20 desejado. Em modalidades adicionais, a célula anular pode ser colocada em uma ou mais ilhas e pode permanecer em uma ou mais pilhas após o teste. Em uma modalidade, pelo menos 10% das pilhas de produção podem ter células anulares. Em outras modalidades, pelo menos 50%, pelo menos 80%, pelo menos 90% ou 100% das pilhas de produção podem ter células 25 anulares.

As pilhas possuindo células anulares podem ser projetadas utili- zando-se um fator inferior de segurança, ou um fator de resistência aumen- tado (RF), visto que as pilhas sendo testadas são as pilhas a serem utiliza- das. Pelo teste de tal número grande de pilhas, e um percentual grande de 30 pilhas a ser utilizadas, quando muitas das pilhas incorporam as modalidades das células anulares, uma maior confiança da capacidade de suporte de carga do grupo de pilhas como um todo pode ser alcançado. Em uma moda- Iidade o RF pode ser igual a 0,6. Em outra modalidade o RF pode ser igual a

0,9.

Em uma modalidade, uma célula anular pode ser incorporada com um determinado percentual de uma pluralidade de pilhas que serão uti- 5 Iizadas para suportar uma carga. Em uma modalidade específica, pelo me- nos 50%, pelo menos 80%, pelo menos 90% e todas as pilhas incorporam células anulares. Durante o teste, as células anulares fornecem uma carga que causa o assentamento das pilhas. Em uma modalidade específica, a carga é igual a ou superior à carga que se espera que ocorra durante o uso 10 pretendido da pilha. Dessa forma, uma parte, se nem todo o assentamento esperado da pilha puder ser realizado durante o teste.

Em uma modalidade, as células anulares podem ser fabricadas de forma econômica visto que as peças podem ser feitas de material estam- pado ou material preformado ou prefundido. Vantajosamente, nas modalida- 15 des, as paredes da célula anular podem ser feitas com material estampado devido ao seu formato curvo. Em particular, uma célula anular de formato curvo pode permitir que as peças sejam estampadas a partir de ao invés de soldadas e usinadas visto que as tolerâncias não são tão severas.

Adicionalmente, os componentes das células anulares podem ser selecionados em termos de custo e simplicidade. Por exemplo, uma cé- lula anular pode incorporar metal laminado estampado, material de enchi- mento que pode suportar altas pressões tal como uma argamassa de alta resistência, e/ou membranas de borracha ou tecido ou bolsas.

Deve-se notar que as modalidades da presente invenção podem 25 ser utilizadas com um ou mais tipos de diâmetros de eixos e/ou pilhas. Adi- cionalmente, uma ou mais células anulares ou conjuntos anulares de acordo com a invenção podem ser utilizados em um único eixo de pilha e podem ser localizados em vários pontos ao longo do eixo. A presente invenção deve ser localizada em qualquer nível dentro da pilha considerado adequado, que 30 pode ser em ou perto do fundo do eixo ou pilha perfurado. Tipicamente, a elevação ou profundidade predeterminada seria selecionada de modo que o teste não reduza a competência do eixo ou pilha. Uma modalidade específi- ca da invenção incorpora um conjunto d e teste de carga anular, incluindo um material de enchimento capaz de suportar alta pressão; uma parede ci- líndrica externa possuindo uma superfície interna que é Iubrificada para con- tatar o material de enchimento; uma parede cilíndrica interna possuindo uma superfície interna que é Iubrificada para contatar o material de enchimento, e uma ou mais linhas de acesso de fluido para suprir um fluido de vedação automática sob pressão a uma zona de separação dentro do material de en- chimento, a zona de separação sendo fornecida por uma membrana entre o material de enchimento. Em uma modalidade específica, um fluido de alta pressão de vedação automática pode ser utilizado, de forma que o fluido vede quaisquer vazamentos à medida que o fluido é empurrado para dentro do vazamento. Em outra modalidade da invenção, é fornecido um conjunto de teste de carga anular incluindo: um cilindro de perímetro externo possuin- do uma parede externa, uma parede interna, e uma parede superior e uma parede inferior opcional; um cilindro de perímetro interno encaixando dentro do cilindro de perímetro externo; uma bolsa posicionada entre uma superfí- cie superior do cilindro de perímetro interno e uma superfície inferior da pa- rede superior do cilindro de perímetro externo; e uma ou mais linhas de a- cesso de fluido para suprir fluido para a bolsa. Em uma modalidade específi- ca, um fluido de vedação automática pode ser utilizado.

Em outra modalidade da invenção, é fornecido um conjunto de teste de carga anular incluindo: um material de enchimento capaz de supor- tar alta pressão; um cilindro de perímetro externo possuindo uma parede externa, uma parede interna, uma parede superior, e uma parede inferior 25 opcional, onde uma superfície interna do cilindro de perímetro externo entra em contato com o material de enchimento; e uma ou mais linhas de acesso de fluido para suprir fluido para uma zona de separação entre o material de enchimento e a superfície interna da parte de parede superior do cilindro de perímetro externo, a zona de separação incluindo uma membrana em conta- 30 to com o material de enchimento. Em outra modalidade da invenção é forne- cido um método de fornecimento de pilhas para uma estrutura, o método incluindo: a inserção de um conjunto anular em uma ou mais pilhas de cons- trução, aumentando, assim, a capacidade de suporte de carga e/ou rigidez do material de suporte de carga abaixo da pilha; e seguido pelo enchimento de rachaduras menores e fissuras formadas durante o teste de carga com argamassa e/ou concreto.

5 Em outra modalidade da invenção, é fornecido um conjunto de

teste de carga anular, incluindo: um material de enchimento capaz de supor- tar alta pressão; um cilindro de formato em u de perímetro externo possuindo uma parede externa, uma parede interna, uma parede inferior; um cilindro em formato de u de perímetro interno possuindo uma parede externa, uma 10 parede interna e uma parede inferior, onde uma superfície interna da parede externa do cilindro de perímetro externo entra em contato com a superfície externa da parede externa do cilindro de perímetro interno e uma superfície interna da parede interna do cilindro de forma de u de perímetro externo en- tra em contato com a superfície externa da parede interna do cilindro em 15 formato de um de perímetro interno; e uma ou mais linhas de acesso de flui- do para suprir um fluido de vedação automática para uma zona de separa- ção entre o material de enchimento. A zona de separação pode incluir uma membrana em contato com o material de enchimento.

Em outra modalidade da invenção é fornecido um método de 20 fornecimento de pilhas para uma estrutura, o método incluindo: a inserção de um conjunto anular em uma ou mais pilhas de construção aumentando, assim, a capacidade de suporte de carga e/ou rigidez do material de suporte de carga abaixo da pilha; e seguido pelo enchimento de rachaduras menores e fissuras formadas durante o teste de carga com argamassa e/ou concreto. 25 Deve-se compreender que ambas a descrição geral acima e a

descrição detalhada abaixo da presente invenção são ilustrativas e explicati- vas e devem fornecer explicação adicional da invenção como reivindicada. Breve Descrição dos Desenhos

As figuras 1a e 1b são uma vista em corte e uma vista em corte fragmentada de uma modalidade específica da presente invenção;

As figuras 2a a 2c ilustram uma vista em corte de uma modali- dade específica da presente invenção; As figuras 3a a 3c ilustram uma vista em corte de uma modali- dade específica da presente invenção;

As figuras 4a a 4c ilustram uma vista em corte de uma modali- dade específica da presente invenção;

As figuras 5a a 5c ilustram uma modalidade da presente inven-

ção com relação a um furo;

As figuras 6a a 6c ilustram as modalidades de área transversal

variável;

A figura 7 ilustra uma modalidade incorporando uma célula anu- Iar dentro de uma pilha.

Referência será feita agora em detalhes às modalidades preferi- das da presente invenção, exemplos da qual são ilustrados nos desenhos em anexo. Sempre que possível, as mesmas referências numéricas serão utilizadas por todos os desenhos para se referir a partes iguais ou similares. Descrição Detalhada da Invenção

As modalidades da presente invenção são direcionadas a um aparelho e método para se testar a capacidade de suporte de carga de uma ou mais pilhas, ou eixos, utilizando uma célula de carga anular. As modali- dades da invenção podem fornecer um aparelho e método para testar a ca- 20 pacidade de suporte de carga de uma ou mais pilhas, ou eixos, e aumentar o desejo de se utilizar uma ou mais das pilhas testadas como pilhas de produ- ção. As modalidades da invenção podem ser utilizadas com uma pilha fundi- da no lugar ou pilha de eixo perfurado.

Em particular, o conjunto anular pode ser utilizado nas pilhas de 25 produção (por exemplo, pilhas utilizadas como uma fundação de uma estru- tura). O conjunto anular é capaz de ser utilizado nas pilhas de produção visto que pode ser fabricado de forma barata e permite que concreto e/ou arga- massa passe através do conjunto, enquanto estiver no lugar, durante a fun- dição da pilha.

Em uma modalidade, durante a construção, as presentes células

anulares podem ser colocadas no lugar na maior parte, ou todas as pilhas de produção, se desejado. Em modalidades adicionais, a presente célula anular pode ser colocada em uma ou mais pilhas e pode permanecer em uma ou mais pilhas após o teste. Em uma modalidade, pelo menos 10% das pilhas de produção podem ter células anulares. Em outras modalidades, pelo me- nos 50%, pelo menos 80%, pelo menos 90% e pelo menos 100% das pilhas de produção podem ter células anulares.

As pilhas possuindo células anulares podem ser projetadas utili- zando-se um fato inferior de segurança ou um fator de resistência aumenta- do (RF), visto que as pilhas sendo testadas são as pilhas a serem utilizadas. Em uma modalidade o RF pode ser igual a 0,6. Em outra modalidade o RF

pode ser igual a 0,9. Em uma modalidade, as células anulares podem ser fabricadas de forma econômica visto que as peças podem ser feitas de ma- terial estampado, ou, alternativamente, de materiais preformados ou prefun- didos. Vantajosamente, nas modalidades, as paredes de célula anular po- dem ser feitas pela estampagem de material devido ao seu formato curvo. 15 Em particular, uma célula anular de formato curvo pode permitir a estampa- gem de peças ao invés da solda ou usinagem, visto que as tolerâncias não são tão rígidas.

Adicionalmente, os componentes das células anulares podem ser selecionados por motivos de custo e simplicidade. Por exemplo, uma célula anular pode incorporar metal laminado estampado, material de enchi- mento que pode suportar altas pressões tal como argamassa de alta resis- tência, e/ou membranas de borracha ou tecido ou bolsas.

Deve-se notar que um fluido de alta pressão de vedação auto- mática pode ser utilizado para as modalidades que não incorporam uma bol- 25 sa. Esse fluido de vedação automática pode ser utilizado como um substituto de fluido hidráulico e é tipicamente uma mistura química de fibras, polímeros aglutinantes e agentes de congealing que se misturam e coagulam para for- mar uma vedação impermeável. Um composto comercial com propriedades similares que pode ser utilizado em uma modalidade é Slime®.

Deve-se compreender que as modalidades da presente inven-

ção podem ser utilizadas com um ou mais tipos de eixos e pilhas. Adicional- mente, uma ou mais células anulares ou conjuntos anulares de acordo com a invenção podem ser utilizados em um percurso de pilha único e podem ser localizados em vários pontos ao longo do eixo.

A figura 1a ilustra uma seção transversal de uma modalidade da presente célula anular e a figura 1b ilustra um corte ampliado L da figura 1a.

5 A célula anular ilustrada incorpora um anel externo de formato anular 1 e um anel interno de formato anular 2. O anel externo 1 e o anel interno 2 podem ter uma seção transversal em formato de "U" incluindo uma parede de anel externo, uma parede de anel interno, e uma parte superior. O anel externo 1 pode ser estampado a partir de uma folha de metal ou formato através de

outras técnicas de fabricação, tal como solda. O anel interno 2 também pode ser estampado a partir de uma folha de metal ou formato através de outras técnicas de fabricação, tal como solda. Em uma modalidade, o pacote tran- çado 3, 4 pode ser utilizado para impedir o vazamento de fluido da célula anular. Em modalidades adicionais, uma gaxeta ou outro material imperme- 15 ável 3, 4 pode ser utilizado para impedir o vazamento de fluido da célula anular. A bolsa 5 pode ser preenchida com fluido hidráulico. À medida que o fluido preenche a bolsa, a bolsa se expande. A quantidade de fluido suprida para a bolsa e a pressão resultante podem ser monitoradas durante o teste de carga. Em uma modalidade, uma bomba hidráulica pode ser utilizada pa- 20 ra inflar a bolsa.

Em uma modalidade alternativa, como ilustrado na figura 2A, a célula anular pode incorporar um anel externo 1 e material de enchimento 6 ao invés do anel interno. Em uma modalidade específica, o material de en- chimento pode ser um argamassa de alta resistência (HSG) ou material epó- 25 xi elastomérico. Uma membrana de borracha ou tecido 7 pode ser posicio- nada entre uma placa superior do anel externo 1 e o material de enchimento para fornecer uma zona de separação. Alternativamente, uma bolsa 5 pode ser utilizada no lugar da membrana 7. Uma ou mais linhas de acesso de flui- do hidráulico 8 podem fornecer fluido para a zona de separação através da 30 placa superior do anel externo. À medida que a pressão acumula, a mem- brana empurra conta o material de enchimento como ilustrado na figura 2B.

Em outra modalidade como ilustrado na figura 3A, a célula anu- Iar pode incorporar uma parede de cilindro interna 10 e uma parede de cilin- dro externa 11. A parede de cilindro interna 10 e a parede de cilindro externa

11 podem ser feitas de aço, polímero/plástico de alta resistência, ou outros materiais adequados conhecidos na técnica que são capazes de suportar 5 altas pressões. A parede de cilindro interna 10 e a parede de cilindro externa

11 podem ser substancialmente paralelas. Um material de enchimento 6 tal como HSG pode ser posicionado entre as paredes laterais paralelas 10, 11. A superfície interna das paredes laterais paralelas pode ser Iubrificada de modo que o material de enchimento 6 possa deslizar com fricção reduzida a 10 partir das paredes laterais à medida que o fluido preenche uma bolsa 5 ou o espaço entre uma membrana de borracha e tecido 7. As partes superior e inferior da célula anular podem ser situadas dentro de uma pilha de forma que uma superfície superior do material de enchimento 6 entre em contato com o material de pilha acima da célula anular e a superfície inferior do ma- 15 terial de enchimento 6 entre em contato com o material de pilha abaixo da célula anular. Uma ou mais linhas de acesso de fluido hidráulico 8 podem fornecer o fluido para a zona de separação através do topo do material de enchimento 6. À medida que a pressão aumenta, a membrana empurra con- tra o material de enchimento como ilustrado na figura 3B. Concreto ou outros 20 materiais para formar a pilha, pode ser despejado através da abertura no centro da célula anular para facilitar o posicionamento da célula anular.

Em uma modalidade adicional como ilustrado na figura 4A, a célula anular pode incorporar uma placa superior 12 e uma placa inferior 13 ou 13a encerram um material de enchimento 6, tal como argamassa de alta 25 resistência (HSG) ou material de epóxi elastomérico separado em uma parte superior e uma parte inferior por uma membrana de borracha ou tecido. Uma linha de acesso de fluido entra na célula anular através da placa superior e a parte superior do material de enchimento e para dentro do separador de membrana de borracha ou tecido. Os anéis em O ou outras vedações 18 30 também podem ser utilizados se necessário. Uma ou mais linhas de acesso de fluido hidráulico 8 podem fornecer fluido para a zona de separação atra- vés da placa superior 12 do anel externo e o material de enchimento superi- or 6. À medida que a pressão se acumula, a membrana empurra contra o material de enchimento como ilustrado na figura 4B.

Em uma modalidade adicional como ilustrado na figura 5a, a cé- lula anular pode incorporar um cilindro de formato em U de perímetro exter- no 1 possuindo uma parede externa, uma parede interna, uma parede supe- rior; um cilindro em formato de um de perímetro interno 2 possuindo uma parede externa, uma parede interna e uma parede inferior, onde o cilindro de perímetro externo 1 e o cilindro de perímetro interno 2 encerram um material de enchimento 6, tal como argamassa de alta resistência (HSG) ou material de epóxi elastomérico separado em uma parte superior e uma parte inferior não necessariamente por uma membrana de borracha ou tecido. Uma linha de acesso de fluido 8 ou linhas entram na célula anular através do cilindro de formato de u de perímetro superior e o material de enchimento superior para dentro da área de separação. Se um fluido de vedação automática 23 for utilizado, uma membrana de borracha ou tecido 7 ou bolsa 5 não será ne- cessária. Uma vez que o fluido começa a entrar na área de separação na pressão o cilindro de formato de u interno será forçado na direção do cilindro em formato de u externo, tendendo a vedar as paredes de cilindro em forma- to de u interno para as paredes de cilindro em formato de u externo para ini- bir o vazamento do fluido de vedação automática.

O tamanho do conjunto anular pode depender do tamanho do eixo ou do orifício. A parede externa da célula anular pode ter um raio de um tamanho que permita a localização próxima de uma gaiola rebar enquanto a célula anular estiver em um eixo. O tamanho das paredes pode ser determi- 25 nado pela superfície necessária para se aplicar a força adequada. As moda- lidades com placas superiores e/ou placas inferiores podem ter as placas fixadas à seção da pilha acima da célula de carga e/ou a seção da pilha a- baixo da célula de carga. A parte superior da célula de carga e a parte inferi- or da célula de carga são posicionadas de forma que, quando são separadas 30 sua posição lateral relativa permanece a mesma. Dessa forma, a seção de pilha acima, a parte superior da célula, a parte inferior da célula e uma seção opcional da pilha abaixo da célula agem como uma única pilha, ao invés de duas seções de pilha flutuantes. Se a célula estiver localizada no fundo de um eixo, a célula pode se apoiar no chão ou, por exemplo, em um pedaço de concreto, que pode ter 15,24 cm (6 pol.). a 0,305 metros (1 pé) de espessura ou outra espessura adequada. O centro aberto da célula anular permite a facilidade de acesso para a injeção d e concreto, ou outro material de pilha, além da célula anular para formar a parte da pilha abaixo da célula anular. Em várias modalidades especificas, a abertura no centro da célula anular pode ter pelo menos 25%, pelo menos 50% e pelo menos 75% da área transversal da célula anular. Em uma modalidade específica como ilustrado na figura 6c, a abertura no centro da célula anular pode ser de pelo menos 20% da área transversal da célula anular para facilitar a passagem do con- creto através da abertura. Em outra modalidade, como ilustrado na figura 6b, a abertura é de pelo menos 40% da área transversal da célula anular, e em uma modalidade específica adicional como ilustrado na figura 6a, a abertura é de pelo menos 60% da área transversal da célula anular.

Nas modalidades, o fluido para pressurização pode fornecer propriedades de vedação automática através das linhas de fluido 8 que po- dem eliminar a necessidade de utilização de vedações para conter a alta pressão. Nas modalidades específicas, um fluido de vedação automática 20 pode ser utilizado e pode vedar quaisquer vazamentos no conjunto. Tais fluidos de vedação podem ser, por exemplo, fibrosos. O uso de um fluido de -- vedação automática pode reduzir a necessidade de maiores tolerâncias e/ou outros mecanismos de vedação, tal como anéis em O. O uso de fluido de vedação automática pode reduzir os custos de fabricação e/ou operação das 25 modalidades da célula anular. Em outras modalidades, as vedações 18 tal como os anéis em O podem ser utilizadas onde a vedação é desejada ou necessária. Tal exemplo é ilustrado na figura 4a. As modalidades incorpo- rando uma bolsa podem utilizar uma variedade de fluidos tal como água.

Uma pilha de concreto pode cercar completamente o conjunto anular. O concreto pode ser despejado através do furo da célula anular e preencher o volume em torno de todo o conjunto anular. A parede externa da célula anular pode ter um mecanismo a ser fixado a uma gaiola rebar 21, ilustrada na figura 2. O mecanismo pode ser um ou mais suportes 9.

Durante o teste de uma pilha, o concreto da pilha pode ser ra- chado pela expansão da célula anular. De acordo, rachaduras ou fissuras menores podem aparecer na pilha. Essas fissuras podem ser preenchidas 5 com concreto e/ou argamassa. Essas rachaduras podem ser preenchidas por técnicas conhecidas na técnica, tal como através de linhas de suprimen- to ou ventilação. Nas modalidades do conjunto anular onde uma bolsa é uti- lizada, a bolsa pode ser preenchida com argamassa que endurece ou assen- ta depois do teste estar completo. Nas modalidades específicas, a célula 10 anular pode ser posicionada em, ou perto, do fundo de um eixo perfurado. Em outras modalidades, a célula anular pode ser posicionada em outras par- tes da pilha, ou em múltiplas localizações na pilha. Com referência à figura

7, uma modalidade é ilustrada onde uma célula anular 20 pode ser localiza- da dentro de uma pilha. A célula anular 20 pode ser fixada a uma gaiola re- bar 21, por exemplo, por um suporte 9. Em uma modalidade, as linhas de suprimento de fluido 8 podem suprir argamassa para a bolsa ou zona de ex- pansão ao invés de água pressurizada ou fluido hidráulico. Em outra modali- dade onde a água pressurizada é utilizada para teste, a água pode ser re- movida através de uma linha de saída (não ilustrada) à medida que arga- massa é suprido para dentro da célula anular. Em uma modalidade adicio- nal, o espaço vazio criado entre uma seção da pilha acima da célula anular e uma seção da pilha abaixo da célula anular pode ser preenchido com, por exemplo, argamassa, além do enchimento da zona de expansão. Preferi- velmente, a célula anular é projetada de forma que quando expandida, a par- te da célula anular que tende a mover para cima mediante expansão da cé- lula anular (topo) seja suficientemente fixada à parte da pilha acima da célula anular, a parte da célula anular que tende a mover para baixo mediante a expansão da célula anular (fundo) seja suficientemente fixada à parte da pilha abaixo da célula anular, e a parte superior e a parte inferior permane- çam suficientemente interconectadas para impedir o movimento lateral rela- tivo da parte da pilha conectada à parte superior e a parte da pilha conecta- da à parte inferior. Dessa forma, uma vez que a zona de expansão da célula anular é preenchida com um material que impede que a parte superior e a parte inferior voltem na direção uma da outra após a expansão, a célula anu- lar é acoplada à parte da pilha acima da célula anular e a parte da pilha a- baixo da célula anular de forma a reter a integridade da pilha como uma pi- 5 Iha única, ao invés de duas seções de pilha flutuando uma com relação à outra vertical ou lateralmente.

Uma medição monitorada pode ser o volume de fluido utilizado através das linhas de fluido dentro de uma zona de separação/expansão. A medição de volume pode fornecer um meio de se monitorar a abertura do 10 conjunto anular. De acordo com as modalidades da presente invenção, mui- tas técnicas para se medir o movimento podem ser utilizadas. Em uma mo- dalidade, o movimento de uma peça flexível pode ser medido como é sabido na técnica. Em uma segunda modalidade, um sistema de sonar pode moni- torar o movimento. Em uma terceira modalidade, um sistema com base em 15 Iuz (laser ou fotoelétrica, por exemplo) pode ser utilizado para monitorar dis- tância. Em uma quarta modalidade, a quantidade de fluido suprida para a bolsa e a pressão do fluido podem ser monitorados. As medições podem precisar ser calibradas devido à variedade de fatores tal como a expansão de mangueira.

Deve-se compreender que os exemplos e as modalidades des-

critos aqui servem finalidades ilustrativas apenas e que várias modificações ou mudanças em vista dos mesmos serão sugeridas para os versados na técnica e devem ser incluídas no espírito desse pedido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de aplicação de uma carga a uma pilha, compreen- dendo: a localização de uma parte superior abaixo de uma primeira se- ção de uma pilha, onde a seção superior é fixada à primeira seção da pilha; a localização de uma parte inferior perto da parte superior, onde uma zona de separação é criada de forma que a injeção de um fluido pres- surizado para dentro da zona de separação cause uma força tendendo a empurrar a parte superior e a parte inferior para longe uma da outra e fazen- do com que a parte superior empurre a primeira seção da pilha, onde pelo menos uma parte da seção transversal da parte superior e pelo menos uma parte da seção transversal da parte inferior é aberta de forma a permitir a passagem de materiais a partir de cima da parte superior para abaixo da parte inferior, onde se a separação da parte superior e da parte inferior ocor- rer, a parte superior e a parte inferior mantêm a posição lateral relativa du- rante a separação; e a injeção de fluido dentro da zona de separação a fim de aplicar uma carga à pilha.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a parte infe- rior é localizada acima de uma segunda seção da pilha, onde a parte inferior é fixada à segunda seção da pilha.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, no qual a primeira seção da pilha, a parte superior, a parte inferior e a segunda seção da pilha agem como uma única pilha.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual pelo menos 20% da área transversal da parte superior e pelo menos 20% da área trans- versal da parte inferior são abertas.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual pelo menos 40% da área transversal da parte superior e pelo menos 40% da área trans- versai da parte inferior são abertas.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual pelo menos 60% da área transversal da parte superior e pelo menos 60% da área trans- versai da parte inferior são abertas.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a parte su- perior e a parte inferior estão localizadas antes da fundição da pilha, onde os materiais para a fundição da pilha passam através da parte aberta da seção transversal da patê superior e da parte aberta da seção transversal da parte inferior.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o fluido é de vedação automática.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual o fluido pressurizado é injetado dentro de uma bolsa na zona de expansão.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a parte superior tem formato anular com uma seção transversal em formato de u, onde a parte inferior tem formato anular com um formato de seção transver- sal complementar à seção transversal em formato de u da parte superior.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, no qual a parte superior compreende uma parede interna e uma parede externa que formam os lados do formato em u e um primeiro material de enchimento capaz de suportar alta pressão que forma um primeiro limite da zona de separação, onde a parte inferior compreende um segundo material de enchimento capaz de suportar alta pressão que forma um segundo limite da zona de separa- ção, onde à medida que a parte superior e a parte inferior se separam, a pa- rede interna e a parede externa da parte superior se tornam limites adicio- nais da zona de separação.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a parte superior tem formato anular com uma seção transversal em formato de u, onde a parte inferior tem formato anular com um formato de seção transver- sal em formato de u possuindo uma extremidade aberta, onde a extremidade aberta da parte inferior é posicionada na parte superior em formato de u, onde à medida que o fluido pressurizado é injetado na zona de separação, uma parede externa da parte inferior é empurrada para dentro de uma pare- de externa da parte superior para criar uma vedação e uma parede interna da parte inferior é empurrada para dentro de uma parede interna da parte superior para criar uma vedação.

13. Método, de acordo com a reivindicação 2, no qual a parte inferior compreende .uma placa inferior, onde a placa inferior é fixada à se- gunda seção da pilha.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo adicionalmente: a determinação de uma carga aplicada à pilha.

15. Método, de acordo com a reivindicação 2, compreendendo adicionalmente: a determinação de uma carga aplicada à primeira seção da pilha e à segunda seção da pilha.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1, compreendendo adicionalmente: após a injeção de fluido para dentro da zona de separação, o enchimento da zona de separação com um material capaz de endurecer de forma a manterá separação da parte superior e da parte inferior, onde a se- ção superior da pilha, a parte superior, e a parte inferior agem como uma única pilha.

17. Método, de acordo com a reivindicação 7, no qual o fluido pressurizado é injetado para dentro da zona de separação após a fundição da pilha.

18. Método, de acordo com a reivindicação 15, no qual a parte inferior é localizada acima de uma segunda seção da pilha, onde a primeira seção da pilha e a segunda seção da pilha são contíguas através da parte aberta da seção transversal da parte superior e a parte superior da seção transversal da parte inferior, onde, após a injeção de fluido para dentro da zona de separação, compreendendo adicionalmente o enchimento de ra- chaduras entre a primeira seção da pilha e a segunda seção da pilha na par- te da pilha contígua através da parte aberta da seção transversal da parte superior e a parte aberta da seção transversal da parte inferior.

19. Método, de acordo com a reivindicação 15, no qual a parte inferior é localizada acima de uma segunda seção da pilha, onde a primeira seção da pilha e a segunda seção da pilha são contíguas em torno de um perímetro externo da seção transversal da parte superior e um perímetro externo da seção transversal da parte inferior, onde após a injeção de fluido dentro da zona de separação, compreendendo adicionalmente o enchimento das rachaduras entre a primeira seção da pilha e a segunda seção da pilha na parte da pilha contígua em torno do perímetro externo da seção transver- sal da parte superior e um perímetro externo da seção transversal da parte inferior.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual a parte aberta da seção transversal da parte superior é localizada em um centro da seção transversal da parte superior, onde a parte aberta da seção transver- sal da parte inferior é localizada em um centro da seção transversal da parte de fundo.

21. Método de fornecimento de uma pluralidade de pilhas para suportar uma carga de trabalho, compreendendo: a localização de uma pluralidade de pilhas na posição em um extrato para suportar uma carga de trabalho, onde pelo menos duas das pi- lhas incorporam uma célula de carga, onde cada célula de carga compreen- de: uma parte superior localizada abaixo de uma primeira seção de uma pilha; e uma parte inferior localizada perto da parte superior, onde uma zona de separação é criada de forma que a injeção de um fluido pressuriza- do dentro da zona de separação cause uma força tendendo a empurrar a parte superior e a parte inferior para longe uma da outra, e faça com que a parte superior empurre na primeira seção da pilha, onde pelo menos uma parte da seção transversal da parte superior e a seção transversal da parte inferior está aberta para permitir a passagem de materiais a partir de acima da parte superior para abaixo da parte inferior, onde se a separação da parte superior e da parte inferior ocorrer, a parte superior e a parte inferior mantêm sua posição lateral relativa durante a separação; a aplicação de uma carga a cada célula de carga das pelo me- nos duas pilhas incorporando as células de carga; a medição de um efeito da carga aplicada às pelo menos duas pilhas; a determinação de se a pluralidade de pilhas corresponde a pelo menos um critério de desenho para suportar a carga de trabalho, onde a de- terminação é feita com base na carga aplicada e no efeito medido na carga aplicada em pelo menos duas pilhas.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual um de pelo menos um critério de desenho é um fator de segurança.

23. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual as célu- las de carga são incorporadas em pelo menos 10% dentre a pluralidade de pilhas.

24. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual as célu- las de carga são incorporadas em pelo menos 50% dentre a pluralidade de pilhas.

25. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual as célu- las de carga são incorporadas em pelo menos 80% dentre a pluralidade de pilhas.

26. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual as célu- Ias de carga são incorporadas em pelo menos 90% dentre a pluralidade de pilhas.

27. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual as célu- las de carga são incorporadas em pelo menos 100% dentre a pluralidade de pilhas.

28. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual um fator de resistência (RF) da pluralidade de pilhas é de pelo menos 0,6.

29. Método, de acordo com a reivindicação 21, no qual um fator de resistência (RF) da pluralidade de pilhas é de pelo menos 0,9.

30. Célula de carga, compreendendo: uma parte superior localizada abaixo de uma primeira seção de uma pilha; e uma parte inferior localizada perto da parte superior, onde uma zona de separação é criada de forma que a injeção de um fluido pressuriza- do para dentro da zona de separação cause uma força que tende a empurrar a parte superior e a parte inferior para longe uma da outra, e faz com que a parte superior empurre para cima na primeira seção da pilha, onde pelo me- nos uma parte da seção transversal da parte superior e a seção transversal da parte inferior é aberta de modo a permitir a passagem de materiais a par- tir de acima da parte superior para abaixo da parte inferior, onde se a sepa- ração da parte superior e da parte inferior ocorrer, a parte superior e a parte inferior mantêm a posição lateral relativa durante a separação.