Sensor, red de sensores, método y programa informático para determinar la corrosión en una estructura de hormigón armado.

La invención describe un sensor, así como una red de varios sensores,

para determinar la corrosión en una estructura de hormigón armado, comprendiendo cada sensor un soporte para acoplarlo a una barra de una armadura de una estructura de hormigón; un elemento sensor sujeto a la armadura mediante el soporte; un sensor de temperatura; elementos de conducción y conexionado para conectar y aislar eléctricamente la armadura, el elemento sensor y el sensor de temperatura; y un conector exterior unido al elemento sensor y a la armadura mediante los elementos de conducción y conexionado y formado por un conector dentro de una caja de conexionado embutida en la superficie de la estructura de hormigón. La invención también describe un método y un programa informático relacionados para determinar la corrosión en una estructura de hormigón armado mediante el uso de los sensores de la invención.

detallada de las realizaciones preferidas

En primer lugar, la presente invención da a conocer tanto un sensor como una red compuesta por una pluralidad de dichos sensores, empleados para realizar medidas no destructivas del estado de corrosión de una armadura de acero en una estructura de hormigón armado. Así, con la información obtenida a partir de la red de sensores colocados en la estructura de un edificio, puede conocerse su estado general y los posibles problemas que puedan presentarse de forma local o general, de manera que puede optimizarse su mantenimiento. La información obtenida permitirá prever con suficiente antelación cualquier intervención que se considere necesaria, reduciéndose considerablemente los costes de reparación y mantenimiento.

Los sensores de la invención pueden aplicarse, por ejemplo, en obras de nueva planta (incorporándolo en el momento de la puesta en obra del hormigón en aquellas zonas de la estructura más expuestas a la corrosión causada por el ingreso de iones despasivantes (cloruros), de CO2 y de la humedad), en obras de intervención (permitiendo un control y un seguimiento no destructivo posterior de la eficacia de la reparación) o en laboratorios (para trabajos

de investigación con probetas para poder profundizar en el conocimiento de los procesos de corrosión de las armaduras embebidas en hormigón).

El sensor según la realización preferida de la presente invención, representado en las figuras 1 y 2, comprende:

- Un soporte (10) para acoplar el sensor a una barra de la armadura (12) de la estructura de hormigón armado. El soporte (10) se fabrica preferiblemente con materiales cerámicos o poliméricos (rígidos o flexibles) y está diseñado con una geometría apropiada que dispone el sensor en la posición más adecuada con respecto a la armadura (12) metálica a controlar.

- Un elemento (14) sensor sujeto a la armadura (12) por medio del soporte (10). Este elemento (14) sensor actúa como electrodo de trabajo durante las medidas voltamétricas o potenciométricas realizadas según el método de la presente invención, tal como se describirá a continuación en el presente documento. Está formado por un pequeño fragmento del mismo material que la armadura colocada en obra, de superficie conocida. Según la realización preferida, la superficie del elemento sensor (14) es de 5 a 30 cnú.

- Un sensor (16) de temperatura, que puede ser, por ejemplo, un termopar, NTC, PTC, RTP o un sensor de temperatura semiconductor, adherido superficialmente al soporte (10) con resinas (por ejemplo LM50B), o embutido en el propio soporte (10).

- Elementos (18) de conducción y conexionado que permiten conectar y aislar eléctricamente la armadura (12), el elemento (14) sensor y el sensor (16) de temperatura según sea necesario y transportar la señal hasta un

conector exterior.

- Una abrazadera (24) metálica de conexión para conectar la armadura (12) con los elementos de conducción y conexionado. La abrazadera (24) puede ajustarse mediante un cierre mecánico a presión o atornillado con un material inerte construido por ejemplo de acero inoxidable aislado exteriormente, tornillería de nylon o polímeros de características similares o bridas de nylon. En su interior contiene dos conectores metálicos semicirculares unidos a un cable aislado, que con la presión que ejerce la abrazadera (24) garantizan el contacto eléctrico entre la armadura (12) y una caja (22) de conexionado. El soporte (10) descrito anteriormente protege la abrazadera (24) frente a la humedad.

- Un conector exterior unido al elemento (14) sensor y a la armadura (12) mediante los elementos (18) de conducción y conexión. Está formado por un conector (20) dentro de una pequeña caja (22) de conexionado, embutida en la superficie de la estructura de hormigón. La obtención de información se puede realizar mediante un jack de conexión a un equipo de medida que obtendrá la lectura de la temperatura local, el potencial de corrosión y la intensidad de corrosión del sensor. Puede disponer además de un mecanismo para la conexión de un electrodo de referencia.

Evidentemente, la geometría del sensor puede variar en diversas realizaciones de la presente invención en función del punto de aplicación y del diámetro de las armaduras para garantizar un buen contacto con las mismas.

Para constituir una red de sensores, basta con instalar una pluralidad de los sensores descritos anteriormente en el presente documento en una pluralidad respectiva de ubicaciones en la armadura de una estructura

de hormigón armado. De este modo pueden monitorizarse tantas partes de la estructura como se deseen para así conocer el estado general de la estructura.

Es posible integrar un único o varios elementos sensores en la misma zona mediante un conexionado común, adoptando diversas configuraciones (matriciales, alineadas, etc.) que permiten registrar de forma simultánea y en varios puntos las variaciones de propiedades locales que existen en el interior del hormigón armado.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de instalación de un sensor según la realización preferida de la presente invención en una armadura (12) dentro de una estructura de hormigón armado. Por motivos de simplicidad, en esta figura sólo se muestra un sensor, pero el experto en la técnica entenderá que puede instalarse una pluralidad de sensores en la misma armadura (12) para constituir la red de sensores anteriormente descrita.

A continuación se describirá el funcionamiento del sensor según la realización preferida de la presente invención. El conector exterior actúa como un conmutador eléctrico que permite conectar y desconectar el elemento (14) sensor a la armadura (12) metálica que se desea controlar. De este modo, puede encontrarse en un estado normal (con conexión elemento (14) sensor-armadura (12) metálica), y un estado de sensado (desconexión del elemento (14) sensor-armadura (12) metálica.

El estado normal supone la conexión directa y local del elemento (14) sensor en una zona de la armadura (12) metálica dentro de la estructura de hormigón armado. En esa situación, participa de las condiciones fisicoquímicas de su entorno, adquiriendo un potencial eléctrico que es el local de esa región de la armadura (12), y que debe estar impuesto por los parámetros fisicoquímicos propios de la

matriz de hormigón que lo embebe. Esos factores determinantes son por ejemplo la concentración local de oxígeno que accede por difusión a través del sistema poroso o capilar del hormigón, el valor del pH que depende de los parámetros de fabricación y del grado de carbonatación del material, de la humedad de la zona, de la presencia de aniones agresivos como cloruros o sulfatos, de la temperatura, etc. En el estado normal, el elemento (14) sensor presentará un potencial y una velocidad de corrosión similares a los de la armadura (12) en la región con la se encuentra conectado.

El estado de sensado supone que el elemento (14) sensor se ha desconectado de la armadura (12) metálica mediante la introducción de un jack exterior en el conector exterior en la superficie. Así se logra un contacto eléctrico independiente para cada elemento y puede obtenerse la información del estado local de la armadura (12) con la que se encontraba conectado.

En esta situación se obtiene la información del elemento (14) sensor de forma no destructiva a través de un jack conector (es decir, no es necesario romper el hormigón de la zona para llegar hasta la armadura (12) y establecer una conexión eléctrica). Trabajando de esta forma no se necesita utilizar un electrodo auxiliar externo, ya que la propia armadura (12) metálica del hormigón a través del segundo cable del jack actúa como electrodo auxiliar no polarizable. Tampoco se necesita el anillo de guarda habitualmente usado para el confinamiento local de la señal eléctrica en una región de la armadura (12) durante la determinación de la velocidad de corrosión, ya que la superficie del elemento (14) sensor se conoce de forma exacta.

En condiciones ordinarias de trabajo, puede realizarse

la medida trabajando con 2 electrodos (el elemento (14) sensor y la armadura (12)) sin referencia externa, pues debido a la elevada relación de superficie de la armadura (12) embebida con respecto al elemento (14) sensor, ésta puede actuar como un electrodo auxiliar no polarizable. Por eso, la propia armadura (12) de refuerzo de la estructura de hormigón armado puede considerarse como electrodo auxiliar y de referencia. Al trabajar con 2 electrodos, el sobrepotencial aplicado coincide con la amplitud del tren de pulsos diseñado. También es posible trabajar, según otra realización preferida de la presente invención,...

1. Sensor para su incorporación en una estructura de

hormigón armado para determinar la corrosión de la misma, que comprende:

5 - un soporte (10) para acoplar el sensor a una barra

de la armadura (12) de la estructura de hormigón;

- un elemento (14) sensor sujeto a la armadura (12) por medio del soporte (10);

- un sensor (16) de temperatura;

10 - elementos (18) de conducción y conexionado que

permiten conectar y aislar eléctricamente la

armadura (12), el elemento (14) sensor y el sensor

(16) de temperatura;

- una abrazadera (24) metálica de conexión para

15 conectar la armadura (12) con los elementos (18) de

conducción y conexionado;

- un conector exterior unido al elemento (14) sensor y a la armadura (12) mediante los elementos (18) de conducción y conexionado, y formado por un conector

20 (20) dentro de una caja (22) de conexionado embutida

en la superficie de la estructura de hormigón.

2. Sensor según la reivindicación 1, caracterizado por

que el elemento (14) sensor está fabricado del mismo material que la armadura (12) de la estructura de

25 hormigón y presenta una superficie de 5 a 30 cmf.

3. Sensor según cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, caracterizado por que el conector exterior está dispuesto para la conexión de un equipo de medida externo para obtener información del elemento (14)

30 sensor y el sensor (16) de temperatura.

4. Sensor según la reivindicación 3, caracterizado por

que el conector exterior está dispuesto además para la

conexión de un electrodo de referencia.

Sensor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sensor (16) de temperatura se selecciona del grupo constituido por un termopar, NTC, PTC, RTP o un sensor de temperatura semiconductor.

Red de sensores compuesta por una pluralidad de sensores según cualquiera de las reivindicaciones a 1 a 5 dispuestos en una pluralidad respectiva de ubicaciones en la armadura de una estructura de hormigón armado.

Método de determinación de la corrosión en una estructura de hormigón armado, mediante el uso de al menos un sensor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende las etapas de:

a) conectar un equipo de medida externo al conector exterior del sensor, estableciendo la conexión entre el equipo de medida externo y cada uno del elemento sensor, el sensor de temperatura y la armadura;

b) determinar la temperatura del elemento sensor a partir de la medida obtenida del sensor de temperatura;

c) determinar la resistencia eléctrica impuesta por el hormigón;

d) determinar el valor del potencial de corrosión,

mediante una medida potenciométrica de la

diferencia de potencial eléctrico entre un

electrodo de trabajo del sensor y un electrodo de referencia; y

e) aplicar trenes de pulsos para calcular la

resistencia de polarización y la intensidad de corrosión.

8. Método según la reivindicación 7, caracterizado por

que la etapa c) comprende aplicar una onda cuadrada de baja amplitud a una frecuencia determinada entre el electrodo de trabajo del sensor y la armadura.

5 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por

que la amplitud de la onda cuadrada es de entre 20 y 200 mV.

10.

11.

12.

13.

14.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por que la onda cuadrada se aplica a una frecuencia de entre 1 y 10 KHz.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a

10, caracterizado por que la etapa d) comprende realizar la medida potenciométrica a intervalos de tiempo regulares y, cuando la variación entre el valor medido y el valor anterior es menor que un umbral durante 5 medidas consecutivas, calcular el promedio de las 5 medias y considerarlo como el valor del potencial de corrosión.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a

11, caracterizado por que se emplea el sensor como electrodo de trabajo, y la armadura como electrodo de referencia y electrodo auxiliar.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que se emplea el sensor como electrodo de trabajo, la armadura como electrodo auxiliar y un tercer electrodo conectado al conector exterior como electrodo de referencia.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado por que comprende además la etapa f) de enviar el valor de resistencia de polarización y el valor de intensidad de corrosión determinados por el equipo de medida externo a una unidad central mediante conexión inalámbrica.

16.

17.

18. 30

19.

Programa informático legible por un equipo de medida para la determinación de la corrosión en una estructura de hormigón armado, que comprende instrucciones para la ejecución, por parte del equipo de medida, una vez conectado a un conector exterior de un sensor según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, de las siguientes etapas de:

a) determinar la temperatura del elemento sensor a partir de la medida obtenida del sensor de temperatura;

b) determinar la resistencia eléctrica impuesta por el hormigón;

c) determinar el valor del potencial de corrosión,

mediante una medida potenciométrica de la diferencia de potencial eléctrico entre un

electrodo de trabajo del sensor y un electrodo de referencia; y

d) aplicar trenes de pulsos para calcular la resistencia de polarización y la intensidad de corrosión.

Programa informático según la reivindicación 15, caracterizado por que la etapa c) comprende aplicar una onda cuadrada de baja amplitud a una frecuencia determinada entre el electrodo de trabajo del sensor y la armadura.

Programa informático según la reivindicación 16, caracterizado por que la amplitud de la onda cuadrada es de entre 20 y 200 mV.

Programa informático según cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17, caracterizado por que la onda cuadrada se aplica a una frecuencia de entre 1 y

10 KHz.

Programa informático según cualquiera de las

20.

21.

reivindicaciones 15 a 18, caracterizado por que la etapa d) comprende realizar la medida potenciométrica a intervalos de tiempo regulares y, cuando la variación entre el valor medido y el valor anterior es menor que un umbral durante 5 medidas consecutivas, calcular el promedio de las 5 medias y considerarlo como el valor del potencial de corrosión.

Programa informático según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por que se emplea el sensor como electrodo de trabajo, y la armadura como electrodo de referencia y electrodo auxiliar.

Programa informático según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por que se emplea el sensor como electrodo de trabajo, la armadura como electrodo auxiliar y un tercer electrodo conectado al conector exterior como electrodo de referencia.