ES1063733U - Transductor de carga para bulones y anclajes. - Google Patents
Transductor de carga para bulones y anclajes.Info
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Abstract
1. Transductor de carga para bulones y/o anclajes caracterizado por ser del tipo manguito roscado y con sensorización mediante bandas extensométricas en configuración tridimensional redundante, que presenta tres planos de control formando un triedro, con un plano transversal al manguito y, otros dos, paralelos al eje del mismo y ortogonales entre sí, presentando una sección resistente mínima no inferior a la del bulón y/o anclaje, y sensorizado con nueve bandas extensométricas, distribuidas de tres en tres en cada plano de control, de forma que queden controladas las direcciones básicas para la determinación tridimensional del estado tenso-deformacional del manguito.
Description
Transductor de carga para bulones y
anclajes.
La presente invención se refiere a un
transductor de carga para control de bulones y/o anclajes, cuya
aplicación fundamental es la de sostenimiento del terreno,
cimentaciones, muros de contención y estructuras subterráneas.
En la actualidad, el control de cargas en
bulones y/o anclajes se realiza fundamentalmente mediante las
llamadas células huecas de carga, consistentes en un cilindro de
acero instrumentado con elementos sensores, de diversa naturaleza y
tecnología, medidores de deformaciones, que se instalan coaxialmente
al bulón y/o anclaje justamente detrás de su cabeza de tensado,
entre dos placas de reparto. Estas células son apretadas entre la
cabeza del bulón y/o anclaje y la superficie del elemento o
estructura a sostener, tanto en la fase inicial de tensado del bufón
y/o anclaje como en la de posterior puesta en carga, midiendo la
deformación axial a la que está sometido en cada momento. El paso o
conversión de deformación a tensiones y cargas se realiza por
aplicación de las fórmulas matemáticas de la Elástica teniendo en
cuenta unas constantes propias de cada célula.
Estos dispositivos son fiables y precisos, pero
muestran diversas limitaciones y ciertos inconvenientes que impiden
su aplicación generalizada a los diferentes casos que normalmente
se presentan en su fundamental campo de aplicación, ya que:
- Son dispositivos exteriores al elemento o
estructura a sostener, se instalan fuera del taladro de instalación
del bulón y/o anclaje, entre dicho elemento o estructura y la
cabeza de tensado del bulón y/o anclaje, ocupando un espacio que se
traduce en un aumento de longitud de la parte exterior del bulón
y/o anclaje, que no siempre es posible o, si lo es, complica y
encarece los elementos de protección exterior de las
cabezas.
cabezas.
- Miden exclusivamente la carga axial de los
bulones y/o anclajes, sin dar información sobre esfuerzos,
tensiones y cargas en otras direcciones (cortantes, etc).
- Su aplicación fundamental es en los bulones
y/o anclajes de anclaje puntual (anclaje en el extremo opuesto a la
cabeza), midiendo en un punto próximo a la cabeza del mismo la
carga a la que está sometido en dicho punto, y tomándose dicho
valor como el que presenta el bulón y/o anclaje en toda su longitud,
ya que se supone que trabaja de forma semejante en toda ella,
circunstancia que raramente es absolutamente cierta en la realidad.
Este hecho es más significativo en los bulones y/o anclajes de
anclaje repartido (anclaje a lo largo de toda su longitud mediante
inyección de cemento o resina), donde la información que suministra
es de escasa relevancia, ya que exclusivamente se limita a la zona
de la cabeza, mientras que el bulón y/o anclaje se encuentra
trabajando de forma diferente a lo largo de su longitud.
- Sólo puede instalarse una célula en cada bulón
y/o anclaje, y siempre en la zona de cabeza del mismo.
Con intención de obviar estas limitaciones e
inconvenientes descritas de las células huecas de carga para
bulones y/o anclajes, se han realizado diversos estudios,
experimentos y desarrollos de lo que podemos llamar bulones y/o
anclajes instrumentados, consistentes en partir de un bulón y/o
anclaje igual al requerido para el sostenimiento, e instrumentarlo
en su propio cuerpo, con elementos sensores de diversa naturaleza y
tecnología, en el punto de su longitud que se considere,
protegiendo finalmente de forma conveniente dicha
instrumentación.
Esta solución elimina las limitaciones e
inconvenientes anteriormente descritas para las células huecas de
carga para bulones y/o anclajes, pero presenta otras nuevas y
propias, tales como:
- Obliga a trabajar con el bulón y/o anclaje
entero, con toda su longitud, frecuentemente elevada, complicando y
encareciendo enormemente los procesos de fabricación, almacenaje,
transporte, manipulación e instalación del mismo.
- Carece de flexibilidad para ajustarse a
modificaciones puntuales del diseño del proceso de control; cada
bulón y/o anclaje instrumentado sólo sirve para el caso para el que
fue fabricado.
- Aunque permite el control de cargas en otras
direcciones distintas a la del eje del bulón y/o anclaje, en todos
los casos la instalación de los elementos sensores requieren de una
mecanización previa del bulón y/o anclaje, con la consiguiente
pérdida de la sección resistente del mismo en dicho punto,
produciendo un punto débil y alterando las características
nominales del bulón y/o anclaje.
El transductor de carga objeto de la invención
carece de las limitaciones y de los inconvenientes anteriormente
descritos, tanto para las células huecas de carga como para los
llamados bulones y/o anclajes instrumentados, ya que:
- Se trata de un dispositivo de control que no
se instala exteriormente al bufón y/o anclaje, sino intercalado en
el mismo a modo de manguito de unión de dos partes cualesquiera del
mismo, sin pérdida de sección resistente del bulón y/o anclaje en el
punto de instalación, y con un mínimo aumento de sección (no
resistente) del mismo en el punto de instalación, el justo y
necesario para, por un lado, garantizar la unión a las partes
cortadas del bulón y/o anclaje y, por otro, asegurar una eficaz
protección del elemento sensor mediante una carcasa exterior.
- No es exclusiva su instalación en las
proximidades de la cabeza, sino que puede instalarse en cualquier
parte del bulón y/o anclaje. Además en el caso de instalarse
próximo a la cabeza no conlleva un aumento de longitud de la parte
exterior del bulón y/o anclaje, ya que puede introducirse en el
taladro de instalación del mismo.
- Es posible la instalación múltiple de puntos
de control a lo largo de su longitud, en las localizaciones que se
desee, y además con una total flexibilidad para la modificación de
dichas localizaciones.
- Permite el control de cargas en cualesquiera
otras direcciones distintas a la del eje del bufón y/o anclaje; en
todos los casos la instalación de los elementos sensores, por el
proceso de mecanización requerido, no provocan una perdida de la
sección resistente del mismo en dicho punto, puesto que se parte de
una sección mayor de la del bulón y/o anclaje, evitando así la
producción de puntos débiles y manteniendo inalteradas las
características nominales del bulón y/o anclaje.
- Su aplicación es indiferente en los bulones
y/o anclajes de anclaje puntual y en los de anclaje repartido.
- Al tratarse fundamentalmente de un manguito de
unión, no obliga a trabajar con el bulón y/o anclaje entero, con
toda su longitud, facilitando y economizando los procesos de
fabricación, almacenaje, transporte, manipulación e instalación del
mismo, recalcando la ya mencionada flexibilidad de modificación de
localizaciones.
La figura 1 muestra una vista del transductor de
carga para bulones y/o anclajes de la invención en una variante
roscada y con sensorización mediante bandas extensométricas en
configuración tridimensional redundante, capaz de determinar el
estado tridimensional de tensiones existentes en el bulón y/o
anclaje en el punto de instalación.
La figura 2 muestra una vista del transductor de
carga para bulones y/o anclajes de la invención en una variante
roscada instrumentados con sensores de cuerda vibrante, con una
configuración cuádruple de sensores en dirección axial, sin medidas
transversales, pero que permite además del tradicional análisis de
esfuerzo y cargas axiales, el estudio de esfuerzos a flexión en dos
planos principales y ortogonales del bulón y/o anclaje.
La figura 3 muestra una vista del transductor de
carga para bulones y/o anclajes de la invención en una variante
roscada y con instrumentación mediante sensores de fibra óptica.
Esta tipo de instrumentación se apoya en la utilización de
elementos de extensometría óptica basados en Interferómetros de
Fabry-Perot en los cuales, la longitud de onda de
la luz es modulada de acuerdo a la longitud de la cavidad. Con este
método se consiguen precisiones en la medida de la cavidad del
orden de 0.001 micras y, resoluciones del orden del 0,01% del fondo
de escala, manteniendo así, rangos dinámicos de 1 a 15000 con un
sistema totalmente insensible a las posibles variaciones de
intensidad luminosa debidas a las atenuaciones de los cables o las
conexiones intermedias. La solución mecánica que se muestra en esta
figura consiste en la mecanización de tres planos que intersectan a
120º y sobre los cuales se han montado seis extensómetros ópticos o
fibras sensoras, distribuidas de la siguiente manera:
- Tres fibras sensoras en el eje longitudinal de
cada plano, permitiendo registrar directamente la deformación
longitudinal o axial (la más importante) del bulón y/o anclaje y,
mediante la composición de las tres deformaciones, la curvatura que
pudiera sufrir el mismo.
- Dos fibras, una en cada eje a 45º de los
planos a 120º y a 240º, proporcionando los posibles movimientos de
torsión (positivo y negativo).
- Un fibra sensora en el plano a 0º,
perpendicular al eje longitudinal ya sensorizado, que proporciona
la deformación radial (Tangencial) que pudiera afectar a la pieza
instrumentada.
La figura 1 muestra una vista del transductor de
carga para bulones y/o anclajes de la invención en una variante
roscada y con sensorización mediante bandas extensométricas en
configuración tridimensional redundante, capaz de determinar el
estado tridimensional de tensiones existentes en el bulón y/o
anclaje en el punto de instalación.
El transductor está constituido por un manguito
de acero unido en sus extremos a dos trozos de bulón y/o anclaje 2
y 3. Las uniones entre manguito y bulón son roscadas mediante las
roscas 4 y 5.
En el cuerpo del manguito se han mecanizado tres
planos de control 6, 7 y 8 formando un triedro, con un plano 6
transversal al manguito y, otros dos 7 y 8, paralelos al eje del
mismo y ortogonales entre si. La mecanización de estos planos se ha
realizado, por un lado, sin provocar en ningún momento una perdida
de sección resistente en el manguito con respecto a la del bufón
y/o anclaje y, por otro, con unas dimensiones y geometría de las
transiciones que no produzcan alteración tensional en las puntos de
control.
Sobre cada uno de estos planos se han instalado
tres bandas extensométricas en tres direcciones estratégicas:
- En el plano 6, se controlan las direcciones 9,
paralela al plano 7 (y coincidente con la 12 de dicho plano), 10,
paralela al plano 8 (y coincidente con la 15 de dicho plano), y 11,
bisectriz del ángulo formado por las dos anteriores.
- En el plano 7, se controlan las direcciones
12, paralela al plano 6 (y coincidente con la 9 de dicho plano),
13, paralela al eje del manguito (y coincidente con la 16 del plano
8), y 14, bisectriz del ángulo formado por las dos anteriores.
- En el plano 8, se controlan las direcciones
15, paralela al plano 6 (y coincidente con la 10 de dicho plano),
16, paralela al eje del manguito (y coincidente con la 13 del plano
7), y 17, bisectriz del ángulo formado por las dos anteriores.
Así pues, se dispone de nueve bandas
extensométricas activas en una configuración tridimensional
redundante, pues se controlan seis direcciones básicas 11, 12, 13,
14, 15 y 17, y se repite el control de las tres fundamentales de las
anteriores 9, 10 y 16. Con esta configuración se permite conocer el
estado tridimensional de deformaciones, tensiones y cargas del
manguito.
Para la lectura de cada una de las bandas
activas antes mencionadas con una sensibilidad y precisión adecuada
se utiliza la técnica de medida a cuatro hilos en configuración de
puente completo, para lo cual se conecta cada una de ellas a un
respectivo circuito electrónico 18 cuya misión es la de completar un
puente de Weasthone compensado y equilibrado con cada una de las
bandas activas.
La agrupación de los cuatro hilos conductores de
lectura de cada banda activa forma un cable 19 que sale al exterior
del manguito por uno de sus extremos.
Finalmente, la parte sensorizada del manguito se
protege exteriormente con una carcasa metálica 20, inyectando con
resina epoxídica el espacio 21 entre ella y el manguito.
Descrita suficientemente la naturaleza de la
invención, así como la manera de realizarse en la práctica, debe
hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y
representadas en los dibujos adjuntos son susceptibles de
modificaciones de detalle en cuanto no alteren el principio
fundamental.
Claims (11)
1. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes caracterizado por ser del tipo manguito roscado y
con sensorización mediante bandas extensométricas en configuración
tridimensional redundante, que presenta tres planos de control
formando un triedro, con un plano transversal al manguito y, otros
dos, paralelos al eje del mismo y ortogonales entre si, presentando
una sección resistente mínima no inferior a la del bulón y/o
anclaje, y sensorizado con nueve bandas extensométricas,
distribuidas de tres en tres en cada plano de control, de forma que
queden controladas las direcciones básicas para la determinación
tridimensional del estado tenso-deformacional
del
manguito.
manguito.
2. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes del tipo manguito roscado, según reivindicación 1,
caracterizado por su instrumentación mediante sensores de
cuerda vibrante, que presenta una sección resistente mínima no
inferior a la del bulón y/o anclaje, y está instrumentado mediante
una configuración cuádruple de sensores en dirección axial sobre
dos planos de control longitudinales y ortogonales
entre sí.
entre sí.
3. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes del tipo manguito roscado, según reivindicación 1,
caracterizado por su instrumentación mediante extensómetros
ópticos basados en Interferómetros de Fabry-Perot,
presentando tres planos que intersectan a 120º y sobre los cuales
se instalan seis fibras sensoras distribuidas, por un lado, tres de
ellas en el eje longitudinal de cada plano, por otro lado, otras dos
fibras, una en cada eje a 45º de los planos a 120º y a 240º y por
último, otra fibra sensora en el plano a 0º, perpendicular al eje
longitudinal ya sensorizado.
4. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 1 caracterizado por presentar
unión soldada entre el manguito y el bulón y/o
anclaje.
anclaje.
5. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 2 caracterizado por presentar
unión soldada entre el manguito y el bulón y/o
anclaje.
anclaje.
6. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 3 caracterizado por presentar
unión soldada entre el manguito y el bulón y/o
anclaje.
anclaje.
7. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 2 caracterizado por incorporar
sensores de cuerda vibrante en direcciones de control transversales
al eje del manguito, con el propósito de determinar los esfuerzos
transversales en el mismo.
8. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 2 caracterizado por incorporar
sensores de cuerda vibrante en direcciones de control oblicuas, a
45º, con respecto al eje del manguito, con el propósito de
determinar los esfuerzos cortantes en el mismo.
9. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 1 caracterizado por presentar
un menor número de direcciones instrumentadas.
10. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 2 caracterizado por presentar
un menor número de direcciones instrumentadas.
11. Transductor de carga para bulones y/o
anclajes según reivindicación 3 caracterizado por presentar
un menor número de direcciones instrumentadas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601658U ES1063733Y (es) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Transductor de carga para bulones y anclajes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601658U ES1063733Y (es) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Transductor de carga para bulones y anclajes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES1063733U true ES1063733U (es) | 2006-12-01 |
| ES1063733Y ES1063733Y (es) | 2007-03-01 |
Family
ID=37810188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200601658U Expired - Lifetime ES1063733Y (es) | 2006-07-12 | 2006-07-12 | Transductor de carga para bulones y anclajes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES1063733Y (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230231990A1 (en) * | 2022-01-16 | 2023-07-20 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods to calibrate optical extensometers |
-
2006
- 2006-07-12 ES ES200601658U patent/ES1063733Y/es not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230231990A1 (en) * | 2022-01-16 | 2023-07-20 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods to calibrate optical extensometers |
| US12368840B2 (en) * | 2022-01-16 | 2025-07-22 | Illinois Tool Works Inc. | Systems and methods to calibrate optical extensometers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES1063733Y (es) | 2007-03-01 |
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