Sistema de monitorización para pilares de hormigón y procedimiento de instalación.

Un procedimiento para formar un pilar (10) con capacidad de monitorización inalámbrica,

que comprende:

insertar un paquete de radio (60) en una posición tal que un paquete de radio (60) estará dentro de un área del pilar;

conectar un paquete de sensores (16a, 16b) al paquete de radio (60) utilizando alambres o cable (170),

caracterizado por

situar varas (12) en un molde del pilar (14);

insertar el paquete de sensores (16a, 16b) entre las varas (12) y utilizar las varas (12) para posicionar sensores (122,124) del paquete de sensores (16a, 16b) en un área de núcleo del pilar;

situar una antena (18, 26, 52, 57) en un recinto de antena (60) en una posición tal que el recinto de antena (60) estéembebido enrasadamente con al menos un lado del pilar (10) cerca de una parte superior del pilar (10); yhormigonar el molde del pilar (14) para embeber el paquete de sensores (16a, 16b), el paquete de radio (60) y laantena (18, 26, 52, 57).

Sistema de monitorización para pilares de hormigón y procedimiento de instalación

Antecedentes de la invención La invención se refiere a un sistema de monitorización para la monitorización a largo plazo de pilares y estructuras de hormigón que tienen galgas y sensores premoldeados en los mismos.

El documento DE 2029358 divulga un dispositivo para hormigonar pilares en el terreno. El dispositivo comprende un molde de pilar movible equipado con un dispositivo de detección y un tubo de suministro. El material del pilar puede ser suministrado a través del tubo hasta su destino y el molde del pilar se retira dependiendo de la presión del material detectada por el dispositivo de detección.

El documento US 2002/0148298 A1 divulga pilares que pueden ser formados de cualquier material tal como cemento u hormigón. Los pilares están dotados de dispositivos de detección permanentes, de modo que se pueden recoger datos de campo del pilar mientras los pilares están en uso en el campo. Se disponen sensores en la parte inferior de los pilares. Los datos del sensor se suministran a un transmisor/amplificador para su emisión mediante una antena.

El documento US 4.052.884 divulga un pilar hueco para determinar datos de tensión de modo remoto durante un pilotaje marítimo.

Actualmente no existe un modo eficiente de comunicar información de una estructura de hormigón, tal como un pilar o tirante, con el fin de determinar situaciones relacionadas o generadas por la instalación de tales estructuras. Actualmente, con estructuras de hormigón tales como pilares, que tienen que ser monitorizadas, en realidad sólo se monitoriza aproximadamente uno de cada 10 en relación al transporte de carga y a otros datos relativos a la tensión/deformación debido al esfuerzo importante requerido para incorporar manualmente dispositivos de monitorización de galgas extensométricas/acelerómetros para monitorizar las fuerzas y velocidades en el pilar durante su instalación. Como los pilares se sitúan generalmente utilizando cables de estrangulación que se enrollan alrededor de la estructura que son izados a continuación por una grúa, no es posible situar nada en el exterior del pilar debido al riesgo elevado de que sea dañado o cortado por el cable de estrangulación durante el posicionamiento. Actualmente, una vez que el pilar es situado para su hincado, las galgas y sensores requeridos se incorporan manualmente escalando hasta la posición deseada e incorporándolos en el pilar en pie. Esto exige mano de obra, consume tiempo, es costoso e impone asimismo un riesgo de seguridad en el instalador. Como tal, sólo se lleva a cabo una monitorización limitada, lo que da como resultado que sean necesarios factores de seguridad de diseño superiores para la estructura. Unos medios para realizar una monitorización inalámbrica en el momento del hincado tendrían un valor significativo a la hora de reducir los costes y tiempo asociados con el proceso de comprobación, permitiendo así más pruebas. Sin embargo, existen numerosos obstáculos técnicos para hacer esto, incluyendo la transmisión inalámbrica de datos de sensor desde el pilar.

Un problema básico con situar una antena de RF contra, o embebida en, el hormigón es que su rendimiento se verá enormemente degradado debido a la gran componente dieléctrica del hormigón que varía con la vida del hormigón. Esto plantea un entorno de aplicación muy difícil y exigente. Con una constante de eléctrica del aire de 1, 0, y del agua de 80, el hormigón varía de 20 (fresco) a 6 (totalmente curado tras un par de meses, dependiendo del contenido en agua) . Las estructuras de hormigón en esta aplicación se han venido usando aproximadamente 28 días tras el hormigonado o antes, y subsecuentemente se encontró que tenían una constante dieléctrica de aproximadamente 9, 0.

La constante dieléctrica relativamente alta del hormigón situado cerca de la antena de RF provoca que la mayor parte de la energía emitida por la antena (ahora desintonizada) sea extraída de la antena y al interior del hormigón. Cualquier energía de RF restante acoplada con el aire libre se ve severamente atenuada con patrones distorsionados y/o erráticos, ya que los diseños de antena típicos están modelados para funcionar en un entorno de aire libre.

Adicionalmente, una vez que un elemento estructural, tal como un pilar, se asienta, no se recogen más datos para análisis que podrían ser utilizados para monitorizar la estabilidad a largo plazo y la solidez estructural del elemento estructural a la vista de la carga cíclica y exposición a entornos duros que podrían provocar que el elemento estructural se degrade en el tiempo, dando como resultado un fallo estructural.

Sería deseable proporcionar un procedimiento y un sistema más eficientes y efectivos en costes para monitorizar tales estructuras de hormigón a lo largo de toda la vida útil de la estructura. Más preferiblemente, sería deseable proporcionar un sistema que pueda ser instalado fácilmente durante el procedimiento de hormigonado y fabricación que permita realizar la monitorización de un modo tan eficiente en costes que todas las estructuras de hormigón en una aplicación dada, y en particular pilares de edificios, puentes y lechos de carreteras, puedan ser monitorizados con el fin de permitir utilizar diseños más eficientes sin comprometer la seguridad o fiabilidad de la estructura su conjunto. Adicionalmente, sería deseable proporcionar un sistema para la monitorización a lo largo del ciclo de vida de tales estructuras de hormigón, incluyendo todos los elementos estructurales de hormigón independientemente de que la parte superior sea cortada tras la instalación, como es el caso de un pilar. Sería deseable asimismo proporcionar unos medios para monitorizar galgas embebidas independientemente del estado final de la estructura. Aún más, es un objeto de la invención proporcionar un procedimiento mejorado para formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica y para proporcionar un conjunto de soporte cargado por muelle para su uso en tal procedimiento.

Sumario La invención proporciona un procedimiento para formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, y un conjunto de soporte cargado por muelle de acuerdo con la reivindicación 9.

De acuerdo con la invención, el procedimiento para formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica comprende además las etapas de situar varas en un molde de pilar; insertar el paquete de sensores entre las varas y utilizar las varas para situar sensores del paquete de sensores en un área de núcleo del pilar; situar una antena en un recinto de la antena en una posición tal que el recinto de la antena quede embebido enrasadamente con al menos un lado del pilar cerca de una parte superior del pilar; y hormigonar el molde del pilar para embeber el paquete de sensores, la radio y la antena.

En otro aspecto de la invención, el procedimiento de formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica comprende además:

asegurar el paquete de sensores en una posición utilizando un conjunto de soporte cargado por muelle que se inserta generalmente en vertical en el molde del pilar y se acopla con al menos dos varas opuestas de las varas mediante una fuerza de resorte;

conectar el paquete de sensores a la antena a través de la radio utilizando alambres o cable.

En un aspecto adicional de la invención, el procedimiento de formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica comprende además:

proporcionar el conjunto de soporte cargado por muelle que tiene unos bastidores superior e inferior en forma de U que están conectados entre sí, estando situado al menos un miembro de acoplamiento con la vara en cada uno de los bastidores para acoplarse con las varas del pilar; y

una pala de arrastre portadora para recibir los sensores conectados al menos a uno de los bastidores en forma de U.

En un aspecto adicional de la invención, el procedimiento de formar un pilar con capacidades de monitorización inalámbrica comprende además:

la pala de arrastre portadora que comprende una placa de montaje para los sensores; y unir los sensores a la placa de montaje.

En un aspecto adicional de la invención, el al menos uno de los miembros de acoplamiento con la vara está formado de un material elástico para acoplarse elásticamente con las varas del pilar, y en otro aspecto de la invención el sensor comprende al menos una galga extensométrica y un acelerómetro.

En un aspecto adicional de la invención el paquete de sensores comprende paquetes de sensores primero y segundo, comprendiendo el procedimiento además:... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para formar un pilar (10) con capacidad de monitorización inalámbrica, que comprende: insertar un paquete de radio (60) en una posición tal que un paquete de radio (60) estará dentro de un área del pilar; conectar un paquete de sensores (16a, 16b) al paquete de radio (60) utilizando alambres o cable (170) , caracterizado por situar varas (12) en un molde del pilar (14) ; insertar el paquete de sensores (16a, 16b) entre las varas (12) y utilizar las varas (12) para posicionar sensores (122,

124) del paquete de sensores (16a, 16b) en un área de núcleo del pilar;

situar una antena (18, 26, 52, 57) en un recinto de antena (60) en una posición tal que el recinto de antena (60) esté embebido enrasadamente con al menos un lado del pilar (10) cerca de una parte superior del pilar (10) ; y hormigonar el molde del pilar (14) para embeber el paquete de sensores (16a, 16b) , el paquete de radio (60) y la antena (18, 26, 52, 57) .

2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:

asegurar el paquete de sensores (16a, 16b) en su sitio utilizando un conjunto de soporte cargado por muelle (120) que está insertado generalmente en vertical en el molde del pilar (14) y se acopla con al menos dos varas opuestas de las varas (12) mediante la fuerza de resorte;

conectar el paquete de sensores (16a, 16b) a la antena (18, 26, 52, 57) a través de la radio (60) utilizando alambres o cable (170) .

3. El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende además proporcionar el conjunto de soporte cargado por muelle (120) que tiene bastidores superior e inferior en forma de U (126, 128) que están conectados entre sí, al menos un miembro de acoplamiento con las varas (132, 134) que está situado en cada uno de los bastidores (126, 128) para acoplarse con las varas del pilar (12) ; y

una pala de arrastre portadora (136) para recibir los sensores (122, 124) conectados con al menos uno de los bastidores en forma de U (126, 128) .

4. El procedimiento de la reivindicación 3, que comprende además: la pala de arrastre portadora (136) que comprende una placa de montaje (139) para los sensores (122, 124) ; e incorporar los sensores (122, 124) a la placa de montaje (56) .

5. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que al menos uno de los miembros de acoplamiento con las varas (132, 134) está formado de un material elástico para acoplarse elásticamente con las varas del pilar (12) .

6. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que los sensores (122, 124) comprenden al menos una galga extensométrica (122) y un acelerómetro (124) .

7. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el paquete de sensores (16a, 16b) comprende unos paquetes

de sensores primero y segundo (16a, 16b) , comprendiendo el procedimiento además: situar un primer paquete de sensores (16b) en una posición cerca de una punta del pilar (10) que se está formando; y

situar el segundo paquete de sensores (16a) cerca de una parte superior del pilar (10) que se está formando,

estando conectados ambos paquetes de sensores (16a, 16b) a la antena (18, 26, 52, 57) ; situar un tubo (230) entre el primer paquete de sensores (16b) y la antena (18, 26, 52, 57) en la parte superior del pilar (10) ;

proporcionar una cámara de depósito de alambre o cable en exceso (233) en un extremo de punta del tubo (230) ; y proporcionar un exceso de cable o alambre (231) en el depósito (233) que puede ser extraído del depósito (131) .

8. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar una electrónica de

acondicionamiento (159) asociada con el paquete de sensores (16a, 16b) .

9. Un conjunto de soporte cargado por muelle para su uso en el procedimiento de la reivindicación 3, que comprende:

bastidores primero y segundo en forma de U (126, 128) conectados entre sí;

al menos un miembro de acoplamiento con las varas (132, 134) situado en cada uno de los bastidores en forma de U (126, 128) que se alejan entre sí y que tienen una boca abierta para acoplarse con varas de refuerzo opuestas o barras de un pilar de hormigón (10) bajo una fuerza elástica antes del hormigonado; y

un portador deslizante (136) unido a los bastidores (126, 128) para soportar al menos una galga (124) .

10. El conjunto de la reivindicación 9, en el que al menos uno de los miembros de acoplamiento con las varas (132, 10 134) está formado de un material elástico.

11. El conjunto de la reivindicación 9, en el que los bastidores primero y segundo en forma de U (132, 124) están empujados alejándose entre sí; y

unos muelles de centrado (140) se extienden entre el portador deslizante (136) y el bastidor para centrar el portador deslizante en los bastidores en forma de U (126, 128) ,

incluyendo el portador deslizante (136) provisiones (139) para incorporar sensores (122, 124) .

12. El conjunto de la reivindicación 9, que comprende además una primera abertura (148) con al menos dos paredes laterales en forma de V para su alineamiento con un primer alojamiento del sensor (122) situado en el portador deslizante (136) o una placa de montaje (139) conectada al mismo; y

una segunda abertura (154) definida en el portador deslizante (136) o en la placa de montaje (136) conectada al mismo para un segundo sensor (54) .