Sistema de extracción, envasado, transporte, almacenamiento y preparación de muestras de suelo inalterado para ensayos en laboratorio,

que se caracteriza porque dichos medios de extracción de muestras inalteradas de suelo comprende una carcasa (1,2), una cabeza (5) configurada para soportar el conjunto que imprime la fuerza de empuje o tracción para que penetre el equipo en el suelo, y una base cortante (4) configurada para que el suelo se aloje en un tubo interior (3) que envasa a muestra inalterada

Sistema de extracción, envasado, transporte, almacenamiento y preparación de ensayos en las muestras de suelo inalterado.

La presente invención se refiere a un sistema basado en tres premisas fundamentales, la primera de ellas radica en la extracción de suelo y su envasado en la misma operación y en estado inalterado, la segunda radica en el acondicionamiento del suelo en su envase original, para su transporte y almacenamiento y manteniendo, en todo momento, su estado inalterado, mientras que la última premisa fundamental es el acondicionamiento del suelo en su envase original, para ensayos en laboratorio, manteniendo dicho suelo su estado de inalterabilidad. Lo anterior se fundamenta en el hecho de que los equipos actualmente disponibles para la extracción de suelos no cumplen íntegramente la totalidad de las premisas antes descritas.

La invención se encuentra en el sector técnico de muestreo y preparación de muestras para investigación, más concretamente mediante el uso de equipos de extracción mecánica para el análisis de propiedades físicas y químicas del suelo.

Antecedentes de la invención

Actualmente, las investigaciones alrededor de la contaminación de aguas superficiales y subterráneas apuntan hacia las fuentes que la generan siendo el suelo el receptor final de los residuos generados por la actividad antrópica o, directamente, por la explotación y mal uso del recurso. Finalmente, la acción del agua de escorrentía y la infiltración del agua de lluvia terminan transportando la pluma de contaminantes en profundidad y en superficie hacia fuentes naturales.

Dentro de los aspectos más relevantes para la veracidad de los análisis de evolución de la contaminación en el sistema suelo-agua tiene que ver con la representatividad de las muestras de suelo obtenidas en la capa arable y a la profundidad propia para realizar ensayos de lixiviación de un suelo/residuo al entrar en contacto con agua u otros líquidos extractantes de acuerdo con los objetivos del estudio.

En el ambiente comercial se encuentran una serie de equipos de extracción de especímenes sin alterar de muestras inalteradas, compuestos por tubos de pared fina (50 mm de diámetro) y a diferentes profundidades con la unión sucesiva de tubos. El principal problema radica en que en alguno o varios de los procesos de extracción o de acondicionamiento para el envasado, transporte y almacenamiento o durante la preparación de la muestra en su dispositivo de ensayo, la muestra de suelo puede ser deteriorada y/o alterada.

La solución al problema técnico planteado (la alteración o deterioro de las muestras de suelo) se basa en que no se requiere la extracción de la muestra y traspasarla a otros recipientes para continuar con los ensayos de lixiviación, ensayos cinéticos, físicos, etc.

Son bien conocidos dispositivos de extracción de muestras de suelo del tipo de tubos robustos cilíndricos con un extremo inferior biselado para facilitar la penetración en el suelo, y el otro extremo superior reforzado de forma tal que permita soportar impactos o esfuerzos para imprimir una fuerza necesaria que penetren los tubos en el suelo, de manera que, a medida que dicho tubo penetra en el suelo, en el interior del mismo se va alojando la muestra de suelo hasta una profundidad determinada por la longitud del cuerpo del tubo, y donde el suelo mantiene perfectamente la estructura original.

A la hora de extraer la muestra muchos de los sistemas descritos requieren de golpeteos laterales para iniciar el desenclavamiento y maniobras, de tal forma que la muestra de suelo se ve afectada sensiblemente en su estructura, mientras que, por otro lado, los problemas para mantener la muestra inalterada son obvios debido a que la muestra definitiva debe ser extraída del interior del tubo mediante el uso de émbolos o accesorios que imprimen compresión a la muestra para continuar con un muestreo sucesivo de especímenes para realizar diferentes análisis. Esto es, se dispone de un único tubo del que es necesario extraer la muestra y traspasarla a otro tubo o recipiente, para su transporte al laboratorio, para continuar con las labores de muestreo de nuevas muestras de ensayo.

A destacar, que en procesos semejantes es donde la muestra puede comenzar a verse alterada y, concretamente, en el proceso anteriormente descrito, serán seriamente mermadas o alteradas, entre otras, las características de confinamiento, estructura y humedad del suelo, por razones obvias.

Otro problema que se suma es el transporte de las muestras, ya que pueden sufrir alteraciones por la manipulación y no garantizar el almacenamiento en el mismo diámetro del tubo del que inicialmente fueron extraídas.

Se considera que el documento más cercano del estado de la técnica es el documento US4946000, que divulga un equipo de toma de muestras de suelo inalterado. El equipo tiene dos tubos coaxiales separables. El tubo interior se puede separar del tubo exterior sin contaminar la muestra, por lo que esta continúa siendo, en principio, inalterada. Se dispone un elemento de retención en la parte inferior del equipo, situado entre los dos tubos coaxiales. Dicho elemento de retención permite contener la muestra en el tubo interior para su posterior transporte y análisis, ya sea en el terreno o en el laboratorio. En la parte inferior del tubo exterior se une mediante rosca un elemento cónico que permite la impulsión del equipo de toma de muestras. En la parte superior del tubo exterior se dispone un elemento de acople a una máquina taladradora, no especificada, montada sobre un camión. Para evitar el movimiento del tubo interno respecto al tubo externo durante la toma de muestras, se dispone de un elemento de cierre que fija los dos tubos. Tanto el tubo exterior como el tubo interior se pueden abrir en dos partes, para inspeccionar sobre la marcha la muestra tomada. Además, como ya se ha comentado, se puede llevar el tubo interior a una zona de ensayo sin exponer en ningún momento la muestra inalterada, de modo que los análisis realizados sean más precisos. Finalmente, las muestras están limitando su uso para ensayos no destructivos y análisis de perfiles y estructura del suelo, sin dar lugar a continuar con estudios de variabilidad temporal de las propiedades del suelo en la medida en que a éste se le adicionen componentes sólidos o líquidos para simular las condiciones en que el suelo se ve afectado por actividades antrópicas, o estudiar potenciales riesgos de contaminación de fuentes superficiales o acuíferos por dichas actividades.

En el documento indicado no se utilizan tubos de confinamiento que alojan un tubo de ensayo localizado en su interior, de un material tal que favorezca la menor fuerza de fricción del suelo con el material, al avanzar progresivamente la muestra, y donde finalmente la muestra queda depositada en el tubo que puede ser extraído con la muestra sin alterar y obtener en serie diferentes réplicas.

A modo de resumen, la muestra inalterada será aquella que "prácticamente" no ha sufrido modificaciones ni cambios en su naturaleza. El término inalterado es relativo, ya que ninguna muestra puede considerarse como enteramente libre de perturbación. En la mecánica de suelos se aplica el término a muestras que han sido obtenidas en una forma tal que su estructura física y sus propiedades permanecen inalteradas con relación a su estado en la masa de suelo de procedencia. Por esta razón no es aceptable la distorsión o contaminación de la muestra. La estructura del suelo, su contenido de humedad, y la configuración han de ser preservados. Hasta ahora no se han desarrollado métodos que permitan la extracción de especímenes sin alteración alguna. Son ejemplo de muestras inalteradas las muestras cúbicas y las de toma-muestras de pared fina. A diferencia de las anteriores, los especímenes o muestras alteradas serán aquellas que encierran perturbaciones notorias. Los especímenes de toma-muestras partidos y las muestras de zapapico y pala pertenecen a esta clasificación.

Descripción de la invención

En general, el problema técnico objetivo que pretende resolver la presente invención, como ha sido indicado anteriormente, se fundamenta por el hecho de que los equipos actualmente disponibles para la extracción de suelos no cumplen íntegramente la totalidad de las premisas descritas (extracción y envasado en una única operación, acondicionamiento del suelo en su envase original para el transporte y ensayo en laboratorio). Esto ha conducido al diseño de un equipo que engloba estas tres funciones para garantizar la condición de inalterabilidad...

1. Sistema de extracción, envasado, transporte, almacenamiento y preparación de muestras de suelo inalterado para ensayos en laboratorio que comprende medios de extracción de los del tipo destinado a insertarse en el suelo mediante una fuerza axial de compresión, y dentro del cual, un tubo aloja y envasa la muestra de suelo a extraer; medios de transporte y almacenamiento, y medios de preparación de la muestra inalterada para ensayos de simulación que se caracteriza porque

dichos medios de extracción de muestras inalteradas de suelo comprende una carcasa (1, 2), una cabeza (5) configurada para soportar el conjunto que imprime la fuerza de empuje para que penetre el equipo en el suelo, y una base cortante (4) configurada para que el suelo se aloje en un tubo interior (3) que envasará la muestra inalterada;

en donde dichos medios de transporte y almacenamiento están conformados por el tubo de envasado (3) que aloja la muestra inalterada, configurada para proteger la muestra de alteraciones mediante una cabeza de transporte (20) provista de una válvula de paso (23) que permite la salida del aire desplazado por ésta, a medida que desciende hasta alcanzar contacto con el suelo inalterado, y formado también por una base que reemplaza a la base cortante (4) y que está provista de una junta tórica que imprime estanqueidad al tubo de ensayo (3); y

en donde los medios de preparación de la muestra inalterada están configurados por una cabeza plástica (29) que se acopla en el exterior superior del tubo de envasado, ahora ya de ensayo, para simulación de lluvia, y una base filtrante (27) plástica en la que se apoya el tubo interior, constituida por una pluralidad de filtros concéntricos (28) que permiten el drenaje de líquidos.

2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la carcasa robusta está formada por dos tubos cilíndricos, uno primario (1) y uno secundario (2), una cabeza robusta perforada (5), una base semi-cónica biselada (4) y un tubo de envasado (3) interior que se ajusta en el seno de los tubos confinados y que aloja la muestra de suelo.

3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el tubo de confinamiento secundario (2) está provisto de un anillo tuerca-retén (6) cilíndrico que se acopla de forma roscada y configurada para estabilizar el tubo de envasado interior (3) donde se aloja la muestra cuando se realiza la penetración en el suelo; y donde la base biselada (4) se enrosca al tubo de confinamiento primario (1) y en su terminación ranurada se introduce una junta tórica que proporciona estanqueidad y una fijación flexible, al tubo de envasado (3) en su parte inferior, de modo tal que dicho tubo no se desplace y el suelo se incorpore progresivamente dentro del mismo sin alteración.

4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la cabeza de empuje (5) que está situada en el extremo superior del conjunto y configurada para servir de apoyo a un conjunto de piezas que conforman el marco de carga que imprime una fuerza axial y no rotativa, en donde dicho conjunto de piezas está compuesto por un rodamiento (14) que permite el empuje axial y rompe el movimiento rotatorio de un husillo (8), origen de la fuerza o empuje, que se hace girar manualmente con una palanca de giro (13) y un conjunto de piezas que forman un trípode.

5. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende una cabeza biselada (4) configurada para abrir el camino para que el suelo penetre hacia el tubo de envasado (3) que va alojando las muestras de suelo de forma progresiva, continua y uniforme hacia la profundidad deseada.