APARATO Y METODO PARA VALORAR UN FONDO DE AMARRE.

DISPOSITIVO QUE PRODUCE DATOS DE MEDIDA CAPACES DE CARACTERIZAR UNA TRAYECTORIA SUBTERRANEA (2) TRAZADA EN UN LECHO MARINO (3),

Y CAPAZ TAMBIEN DE MEDIR UN PARAMETRO DEL LECHO TAL COMO LA RESISTENCIA A LA PENETRACION DE DICHO SUELO (3). EN PARTICULAR, EL DISPOSITIVO COMPRUEBA LA CAPACIDAD DE UNA ZONA DE UN LECHO MARINO PARA PODER ANCLAR EN ELLA, Y TAMBIEN DA UNA CIERTA INDICACION DE LA NATURALEZA DE LOS ESTRATOS DEL TERRENO DEL LECHO EN ESA ZONA. ESPECIFICAMENTE, EL DISPOSITIVO OBTIENE LAS MEDIDAS A PARTIR DE UN EXTREMO DE UN APARATO SUBTERRANEO (5) CUANDO DICHO APARATO SE MUEVE SEGUN SU TRAYECTORIA. MAS CONCRETAMENTE, EL DISPOSITIVO INCLUYE MECANISMOS (19, 29) SITUADOS EN UN CUERPO (12) ARRASTRADO POR EL APARATO SUBTERRANEO PARA DETECTAR LA DISTANCIA A LO LARGO DE LA TRAYECTORIA (2), SEPARANDO DOS PUNTOS ESPACIADOS DE DICHA TRAYECTORIA Y MIDIENDO, MEDIANTE MECANISMOS ADICIONALES, LA POSICION DE UN PUNTO DEL LECHO EN UN INSTANTE PARTICULAR, PERMITIENDO, DE ESTE MODO, REPRESENTAR GRAFICAMENTE LA TRAYECTORIA (2). ESTOS MECANISMOS ADICIONALES PUEDEN COMPRENDER, P. EJ., UN INCLINOMETRO (28), QUE INDIQUE EL ANGULO DEL CUERPO (12) EN UN INSTANTE DETERMINADO. EL CUERPO (12) PUEDE INCLUIR, ADEMAS, UN PENETROMETRO (17) PARA MEDIR LA RESISTENCIA DEL SUELO.

Aparato y método para valorar un fondo de amarre.

La presente invención se refiere a un aparato y un método para valorar un fondo de amarre.

Cuando se valoran anclas de empotramiento por arrastre como elementos de anclaje en un fondo de amarre irregular para su despliegue en un fondo de amarre submarino, es deseable conocer las propiedades técnicas del suelo del fondo de amarre en puntos coordinados en la trayectoria que se espera que siga cada ancla cuando se soterra en el fondo de amarre en respuesta a una gran fuerza de tracción aplicada de forma sustancialmente horizontal al cable de tracción al que está unida.

En términos de longitudes de uña de ancla, se ha demostrado experimentalmente que las anclas de empotramiento por arrastre que tienen los diseños más modernos seguían una trayectoria que penetraba hasta una longitud cinco veces la de la uña del ancla por debajo de la superficie de un fondo marino de arcilla endurecida que se presenta normalmente a menudo, con una gradiente de resistencia al corte de 1,6kPa/m, cuando se tira de ellas con la cadena del ancla. Cuando se tira de ellas con un cable metálico de un diámetro que sea una tercera parte de un cilindro de circunferencia nocional que contenga la cadena del ancla, la trayectoria penetra hasta nueve veces la longitud de uña. Para un ancla de empotramiento por arrastre del mayor tamaño actualmente utilizado, que tenga una longitud de uña de unos 6 metros y de la que tire un cable metálico, la trayectoria soterrada forma una curva que decrece progresivamente en una inclinación a la horizontal de 50º en el punto de penetración inicial hasta volverse horizontal a una capacidad portante máxima de ancla de unas 40 veces el peso del ancla cuando se ha desplazado dicha ancla unos 300 metros horizontalmente y se ha soterrado unos 54 metros verticalmente. De este modo, resulta ventajoso tener datos técnicos del suelo del fondo de amarre en un área vertical plana que se extienda como mínimo 300 metros a lo largo de la superficie del fondo marino y 54 metros por debajo de éste en cada uno de doce emplazamientos ampliamente espaciados en un lugar de fondo de amarre irregular para permitir que se prevea cada trayectoria.

Anteriormente, se obtenían los datos técnicos de suelos de fondo de amarres profundamente sumergidos a partir de las pruebas de paletas de cortadura remotas y de pruebas de penetrómetro de cono remoto valoradas conjuntamente con pruebas de laboratorio realizadas con muestras de suelo tomadas de un pequeño número de perforaciones realizadas en el fondo de amarre en emplazamientos seleccionados del lugar. Estas pruebas y muestreos se realizan en una gama de profundidades de 60 metros o más por debajo de la superficie del fondo marino en cada uno de los emplazamientos seleccionados para proporcionar una serie tridimensional de datos de suelo para dicho lugar. No obstante, debido a los costos muy elevados de la realización de dichas investigaciones, se minimiza invariablemente el número de emplazamientos que se seleccionan para realizar las pruebas y el muestreo. Una desventaja resultante es que la interpolación del pequeño número de puntos para datos en una gran área deja un amplio margen de incerteza entre los emplazamientos seleccionados. Esto, a su vez, proporciona una incertidumbre considerable al prever el rendimiento y trayectoria de un ancla de empotramiento por arrastre en el suelo del fondo de amarre entre dichos emplazamientos.

Anteriormente, asimismo, se medían las trayectorias de la parte soterrada del ancla. Se handeterminado las coordenadas horizontales de una trayectoria al obtener desplazamientos horizontales aproximados del ancla midiendo los desplazamientos horizontales correspondientes de un punto designado en una porción horizontal de su cable de tracción que no se haya soterrado debajo de la superficie del fondo marino. Se han determinado las coordenadas verticales correspondientes, directamente, utilizando un cable delgado unido al ancla y del que se tira verticalmente para medir su profundidad de penetración por debajo de la superficie del fondo marino, o indirectamente, utilizando un sensor de presión montado en el ancla para medir la presión estática de la columna de agua desde el ancla soterrada hasta la superficie del mar por medio de un tubo flexible que sirva para conducir la columna de agua desde la superficie del fondo marino hasta el ancla. En lo que respecta al método directo, las desventajas de estos antiguos métodos de medición incluyen la falta de certeza de si el cable delgado ha sido suficientemente tensado para que resulte realmente vertical al suelo sin perjudicar al ancla soterrada y la necesidad de numerosas repeticiones de dicha operación. En lo que respecta al método indirecto, las desventajas de dichos antiguos métodos de medición incluyen la incertidumbre debida a las fluctuaciones de presión causadas por las largas ondulaciones en la superficie del mar y la oclusión del tubo que conduce la columna de agua, por aplastamiento de la pared debido a la presión del suelo, por formación de cocas o por entrada de tierra en su extremo libre.

Un objeto de la presente invención es ofrecer un aparato para facilitar datos de medición capaz de indicar las características de una trayectoria soterrada trazada por un punto en un aparato de soterramiento que esté soterrado en el suelo del fondo de amarre.

Un objeto adicional de la presente invención es facilitar un aparato de soterramiento por arrastre capaz de establecer una trayectoria profundamente soterrada en el suelo de un fondo marino mientras que produzca una resistencia horizontal al soterramiento por arrastre sustancialmente inferior a la que produciría un ancla de empotramiento por arrastre y su cable mientras establece dicha trayectoria en el suelo. Otro objeto adicional de la presente invención es facilitar un aparato para medir las características técnicas de dicho suelo en puntos característicos de dicha trayectoria señalados por dicho punto en dicho aparato de soterramiento. Otro objeto de la presente invención es facilitar un método para valorar la capacidad de anclaje de un fondo de amarre marino interpretando la forma de una trayectoria soterrada producida en éste por dicho aparato de empotramiento por arrastre.

Según un primer aspecto de la presente invención, se facilita un aparato para producir datos de medición capaz de señalar las características de una trayectoria soterrada en un suelo de fondo marino, comprendiendo dicho aparato de valoración unos medios que incluyen un elemento de cuerpo para su inclusión en un aparato de soterramiento apto para ser soterrado en un suelo de fondo marino, siendo dichos medios de valoración aptos para facilitar datos para determinar posiciones en el suelo de un punto (P) de dicho aparato o elemento de cuerpo a soterrar durante el tiempo en que esté soterrado para permitir la determinación de la trayectoria de dicho punto (P), incluyendo dichos medios de valoración unos medios de medición que respondan al movimiento del aparato soterrado para facilitar dichos datos.

En un modo de realización preferido, un aparato para establecer y caracterizar una trayectoria soterrada en un suelo de fondo marino comprende la característica inventiva de aparato de medición tal como se ha definido anteriormente incluido en un aparato soterrado que incluye un cable metálico de tracción unido a un extremo de un miembro de caña alargada, otro extremo del cual está unido a un miembro de uña para el empotramiento por arrastre en dicho suelo a lo largo de una trayectoria que descansa sobre un plano central longitudinal vertical (x-x) del aparato a soterrar, en el cual el área mínima que se proyecta de dicho miembro de caña y dicho miembro de uña proyectados en una dirección particular de dicho plano no excede el 20 por ciento (y preferiblemente no excede el 10 por ciento) del área máxima correspondiente proyectada a ángulos rectos en dicha dirección de dicho plano.

De preferencia, dichos medios de medición sirven para medir distancias a lo largo de la trayectoria que separa dos puntos separados entre sí y adicionalmente un parámetro adicional que comprende:

De preferencia dichos medios para medir distancias a lo largo de dicha trayectoria que separa dos puntos de la misma están incluidos en dicho elemento de cuerpo.

De preferencia dicho elemento de cuerpo es alargado y hueco y conectado pivotante a dicho punto en dicho aparato soterrado en el cual puede alinearse axialmente en dicha trayectoria.

De preferencia, está previsto un miembro lineal unido...

1. Aparato que sirve para facilitar datos de medición capaces de caracterizar una trayectoria de soterramiento en el suelo de un fondo submarino, comprendiendo dicho aparato unos medios de valoración (4) que poseen un elemento de cuerpo (12) que sirve para montarlos en un aparato de soterramiento (5) apto para soterrar en el suelo de un fondo submarino (3), estando dichos medios de valoración (4) adaptados para facilitar datos que sirvan para determinar posiciones en el suelo, de un punto (P) de dicho aparato de soterramiento (5) o de dicho elemento de cuerpo (12) durante el soterramiento, para permitir la determinación de la trayectoria (2) de dicho punto (P), comprendiendo dichos medios de valoración (4) medios de medición (19, 29) que tienen una respuesta al desplazamiento del aparato de soterramiento (5) para facilitar dichos datos.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de medición (19, 29) sirven para medir (i) la distancia a lo largo de la trayectoria (2) que separa dos puntos distantes (P1, P2) de esta trayectoria, y (ii) la inclinación (^q ) de la trayectoria (2) en un punto (P) de la trayectoria (2).

3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de medición (19, 29) sirven para medir la distancia a lo largo de la trayectoria (2) que separa dos puntos distantes (P1, P2) de esta trayectoria, y un parámetro adicional que comprende uno cualquiera de los siguientes:

4. Aparato según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque dichos medios sirven para medir la distancia entre los puntos (P1, P2) a lo largo de dicha trayectoria (2) comprendiendo palas de turbina (19) montadas sobre un árbol (20) para señalar los puntos sucesivos (P1, P2) de separación fija conocida en dicha trayectoria (2) que sobresale de dicho elemento de cuerpo (12) y medios (29) que tienen una respuesta a la rotación de dicho árbol (20) para señalar los puntos sucesivos (P1, P2) de separación fija conocida en dicha trayectoria (2) cuando dicho árbol (20) es accionado en rotación por el impacto del suelo sobre dichas palas (19) debido al desplazamiento de dicho elemento de cuerpo (12) a través del suelo (3) a lo largo de dicha trayectoria (2).

5. Aparato según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos medios sensibles (29) comprenden un imán (26) unido a dicho eje (20) y accionado de forma orbital por este último para activar un conmutador de detección de campo magnético (27) que se encuentra en dicho elemento de cuerpo, para emitir un impulso eléctrico que defina dichos puntos sucesivos (P1, P2).

6. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado porque dichos medios de medición que sirven para facilitar datos a partir de los cuales pueda determinarse el ángulo de inclinación (0) de la trayectoria, en un punto de dicha trayectoria comprenden una brújula de inclinación eléctrica (28) rígidamente unida a dicho elemento de cuerpo (12), cuya salida se muestrea por medio de un impulso de definición de puntos procedentes de un circuito de detección de campo magnético que se encuentra en dicho elemento de cuerpo (12).

7. Aparato según la reivindicación 6, caracterizado porque la brújula de inclinación (28) comprende un acelerómetro concebido para emitir una tensión de salida proporcional al producto de la aceleración de la gravedad terrestre por el coseno del ángulo de inclinación del acelerómetro respecto a la horizontal.

8. Aparato según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque está previsto un registrador automático de datos de accionamiento eléctrico, que sirve para memorizar los datos de medición de ángulo de inclinación ^q ) de todos los puntos definidos por el impulso, separados por una distancia fija conocida, a lo largo de dicha trayectoria (2).

9. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de medición (19,29) comprenden un acelerómetro que sirve para medir la aceleración, a partir de la cual se producen los datos que permiten la determinación, por medio de un procedimiento de integración, de la posición de dicho punto (P) que se desplaza sobre la trayectoria (2).

10. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos medios de medición (19,29) tienen partes alojadas en dicho elemento de cuerpo (12).

11. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho elemento de cuerpo (12) tiene una forma alargada y hueca, y comprende medios de pivotación (15) que sirven para unir el elemento de cuerpo (12) de forma pivotante a dicho punto (P) en dicho aparato de soterramiento (5), y como consecuencia de ello, el elemento de cuerpo (12) puede alinearse a dicha trayectoria (2) en la dirección axial.

12. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está previsto un elemento lineal (45) unido a dicho elemento de cuerpo (12) que puede flotar al exterior y en la parte trasera de dicho elemento de cuerpo (12) de modo que coincida con dicha trayectoria cuando el aparato de soterramiento (5) se hunde en el suelo del fondo de amarre (3).

13. Aparato según la reivindicación 12, caracterizado porque el elemento lineal (45) comprende un cable eléctrico que sirve además para conducir datos por medio de señales eléctricas, desde el elemento de cuerpo (12) a lo largo del camino de la trayectoria (2) hasta un emisor situado cerca de la superficie del fondo de amarre (9), un emisor gracias al cual los datos de características de la trayectoria pueden ser transmitidos a un receptor situado cerca de la superficie del mar.

14. Aparato según la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque dicho elemento lineal (45) está unido, en el extremo opuesto de su punto de unión con dicho elemento de cuerpo (12), a un elemento de resistencia (50), exterior a dicho elemento de cuerpo que resiste a la penetración en la superficie del fondo de amarre y que queda sobre ésta cuando dicho elemento de cuerpo (12) se desplaza a lo largo de dicha trayectoria (2), gracias a lo cual el elemento lineal (45) es extraído del elemento de cuerpo (12) para coincidir con dicha trayectoria (2).

15. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque dichos medios de medición (19, 29) sirven para medir la distancia entre puntos distantes (P1, P2) a lo largo de dicha trayectoria (2) y son accionados por dicho elemento lineal (45) cuando este último sale de dicho elemento de cuerpo (12).

16. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque dichos medios de medición comprenden una roldana (41) montada en dicho elemento de cuerpo (12) y que puede girar sobre sí misma bajo el efecto del paso de dicho elemento lineal (45), cuando se le extrae de dicho elemento de cuerpo y un imán (37), girado de forma orbital por dicha roldana (41) para activar un conmutador de detección de campo magnético (27) que se encuentra en dicho elemento de cuerpo (12), para emitir un impulso eléctrico que define puntos sucesivos (P1, P2) separados por una distancia fija conocida en dicho elemento lineal (45) que ocupa dicha trayectoria (2), cuando dicha roldana (41) es accionada en rotación por la salida del elemento lineal (45).

17. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque dicho elemento de cuerpo (12) posee un compartimento interno (39) que contiene medios de almacenamiento (46) que almacenan dicho elemento lineal (45).

18. Aparato según la reivindicación 17, caracterizado porque dichos medios de almacenamiento (46) para dicho elemento lineal (45) comprenden una bobina de enrollamiento helicoidal, pudiendo el elemento lineal ser extraído del interior de la bobina.

19. Aparato según la reivindicación 17 ó 18, caracterizado porque dicho compartimento interno (39) que contiene dichos medios de almacenamiento están llenos de una sustancia análoga a la grasa.

20. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque dicho compartimento (39) está cerrado por un pistón deslizante estanco (42) en el que se ha practicado un orificio (47) con ajuste apretado alrededor del elemento lineal (45) que emerge a través de éste, y como consecuencia un desplazamiento del pistón (42), inducido por la presión, con ocasión de la salida del elemento lineal, elimina la diferencia de presión a ambos lados del pistón (42) e impide de este modo que el material que forma el suelo del fondo de amarre penetre en dicho compartimento (39).

21. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprenden medios que sirven para medir un parámetro de suelo, como por ejemplo la resistencia a la penetración.

22. Aparato según la reivindicación 21, caracterizado porque dichos medios de medición de un parámetro de suelo comprenden un pene- trómetro de lectura eléctrica (16, 17) concebido para medir la resistencia a la penetración de dicho suelo.

23. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene medios de transmisión de datos que sirven para transmitir, a un receptor situado por ejemplo en un buque alejado (10), datos producidos en los medios de valoración (4) cuando están situados en dicho aparato de soterramiento (5) en el fondo submarino (3).

24. Aparato según la reivindicación 23, caracterizado porque dichos medios de transmisión de datos comprenden medios de transmisión acústica (51).

25. Aparato según la reivindicación 23, caracterizado porque dichos medios de transmisión de datos comprenden una línea eléctrica (52, 53) conectada al receptor.

26. Aparato que sirve para fijar y caracterizar una trayectoria de soterramiento en el suelo de un fondo submarino, comprendiendo dicho aparato un aparato de medición con características tales como las reivindicadas en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en combinación con un aparato de soterramiento (5) que comprende medios que sirven para unir el aparato de soterramiento a un cable de tracción (6) para hundirlo en dicho suelo (3) arrastrándolo.

27. Aparato según la reivindicación 26, caracterizado porque dicho aparato de soterramiento (5) comprende un elemento largo que forma la caña del ancla (7) que presenta un extremo adaptado para fijarse a dicho cable de tracción (6) y otro extremo unido a un elemento que forma la uña del ancla (8), para un soterramiento por arrastre en dicho suelo (3), a lo largo de una trayectoria (2) que se encuentra esencialmente en un plano vertical central de proa a popa (x-x) del ancla, donde el área proyectada mínima de dicho elemento que forma la caña del ancla (7) y de dicho elemento que forma la uña del ancla (8) proyectada en una dirección particular en dicho plano vertical no sobrepasa el 20 % del área proyectada máxima correspondiente, proyectada a ángulos rectos respecto de dicha dirección.

28. Aparato según la reivindicación 27, caracterizado porque dicha área proyectada mínima de dicho elemento que forma la caña del ancla (7) no sobrepase el 10 % de dicha área proyectada máxima correspondiente, proyectada en dicho plano a ángulo recto respecto de dicha dirección.

29. Procedimiento para facilitar datos para valorar la aptitud de un suelo de fondo de amarre marino para aceptar el anclaje, que comprende las etapas que consisten en:

30. Procedimiento según la reivindicación 29, caracterizado porque el aparato utilizado en la etapa (a) comprende un aparato según la reivindicación 26.