ES2355344B1 - Dispositivo y método para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado. - Google Patents

Abstract

Dispositivo y método para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado.#El dispositivo comprende una disposición de bobinas con al menos una bobina (B1) cuyo arrollamiento define un cuerpo tubular con un volumen interior libre (V), y prevista para generar un campo magnético detectable por un sistema de detección (Sd) previsto para detectar cambios en dicho campo magnético provocados al insertar una muestra (M) de hormigón con fibras metálicas (F) en dicho volumen (V), o al aproximarlo a una porción de hormigón.#El arrollamiento de como mínimo una bobina de la disposición de bobinas es más denso en una o en ambas de sus zonas extremas (Ze1, Ze2).#El método comprende utilizar el dispositivo para medir la cuantía y orientación de fibras de una muestra de hormigón reforzado o para medidas superficiales de cuantía de fibras en una estructura de hormigón reforzado.

Description

licas en estructuras de hormigón, utilizando dos bobi-

Dispositivo y método para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado. Sector de la técnica

La presente invención concierne en general, en un primer aspecto, a un dispositivo para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, mediante la detección de las variaciones en un campo magnético provocadas por la presencia o proximidad de dichas fibras, y en particular a un dispositivo que comprende una disposición de bobinas con como mínimo una bobina constituida por un arrollamiento de espiras, el cual no es uniforme a lo largo de toda la longitud de la bobina.

Un segundo aspecto de la invención concierne a un método que comprende utilizar el dispositivo propuesto por el primer aspecto para medir la cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en una muestra de hormigón reforzado.

Un tercer aspecto de la invención concierne a un método que comprende utilizar el dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención para realizar una medida superficial de cuantía de fibras metálicas en una estructura o elemento de hormigón reforzado. Estado de la técnica anterior

Son conocidas diversas propuestas relativas a métodos y aparatos cuyo fin es el de aplicar un método inductivo para realizar una medida de la cuantía, y en algunos casos también de la orientación, de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, ya sea en una muestra o directamente en la superficie de una estructura fija sin la necesidad de romperla.

Dichos métodos inductivos, también conocidos como ensayos por inducción electromagnética (según la norma UNE 83512-1 del año 2005), son una aplicación de la ley de Faraday de electromagnetismo: Las probetas o muestras de hormigón reforzado deben situarse dentro de un contenedor a tal efecto y de geometría determinada. Circundando ese contenedor, se sitúan, en general, dos devanados o bobinas de hilo de cobre o aluminio. Contenedor más bobinas conforman el elemento sensor del sistema. Por una de las bobinas (la primaria), circula una corriente eléctrica que genera un campo magnético y por ende un flujo magnético que pasa por el centro de la bobina. Si este flujo es variable, se induce una corriente en la otra bobina (la secundaria). Existe reciprocidad entre flujo generado por una bobina y corriente inducida en la otra, y su relación se llama coeficiente de inducción mutua que es una medida de la influencia magnética entre las dos bobinas. Puede demostrarse que este coeficiente de inducción sólo depende de la forma y la distancia entre las bobinas así como de la naturaleza (ferromagnética) de los materiales cercanos a las bobinas. Por lo tanto, si el material de las probetas o la propia muestra cambia, el coeficiente de inducción también cambia.

En la patente RU2170429 se propone uno de tales métodos inductivos, para determinar el coeficiente de orientación de fibras de acero en hormigón, midiendo la inductancia de una bobina electromagnética con una muestra dispuesta en su interior, y comparándola con diferentes valores de inductancia de diferentes muestras con coeficientes conocidos.

La patente JP10054824 hace referencia a un apanas, una emisora y una receptora, que detecta el cambio en el flujo magnético generado por la bobina emisora, provocado por las fibras metálicas contenidas en una estructura de hormigón reforzado en la superficie de la cual se ha dispuesto dicho aparato para aplicarle dicho flujo magnético.

Otra de dichos aparatos es el equipo BSM-100, desarrollado por la empresa HERTZ SystemtechnikGmbH. Éste está formado por dos bobinas arrolladas sobre un soporte tubular en el interior del cual disponer unas muestras o probetas cúbicas de 15x15x15 cm. La bobina primaria del equipo de HERTZ genera un campo magnético en el centro de la bobina de dirección perpendicular a la de las espiras de la bobina. Con ello, se inducen diferencias de corriente en la bobina secundaria en función de la diferente cuantía de fibras contenidas en las probetas que se miden. El sistema realiza una curva de calibración a partir de la medida de un determinado número de probetas patrón con diferentes dosificaciones de fibra, y posteriormente calcula el contenido de fibras de las probetas medidas a partir de un ajuste a la curva obtenida. El protocolo de medida requiere introducir la probeta según sus tres ejes, para determinar la fracción de fibras que se encuentran orientadas en cada dirección (una fibra a lo largo del flujo magnético modifica el coeficiente de inducción mientras que una que lo atraviesa prácticamente no lo modifica). Como resultado, el equipo ofrece una estimación de la cuantía de fibras y el reparto de éstas en cada una de las direcciones medidas. El mismo equipo también puede utilizarse en hormigón fresco gracias a unas cubetas disponibles para tal efecto.

Se ha evaluado el equipo de HERTZ, y realizado una serie de medidas sobre una serie de muestras o probetas usadas como patrón, que han aportado como resultado una curva de calibración globalmente lineal. El ajuste de las demás probetas a esta curva aporta valores de contenido de fibra cercanos al nominal (diferencias inferiores al 10%) y distribuciones generalmente uniformes en la orientación.

Sin embargo, la geometría de la bobina (primaria) de HERTZ sugiere que el campo magnético no es uniforme en todo el espacio central donde se ubican las probetas. Es decir, una fibra situada en una zona con una intensidad de campo mayor, modifica más el coeficiente de inducción que la misma fibra situada en una zona de intensidad de campo menor.

Para comprobar dicho efecto, se realizaron dos experimentos sobre el equipo de Hertz: Para el primero, se construyó una bobina secundaria de tamaño muy inferior (Øhilo=1,5 mm y Øbobina=90 mm, N=4 espiras) al de la primaria, y con un valor medido de 4 μH, a fin de medir los campos inducidos en cada una de las zonas del espacio.

Para medir la amplitud de señal captada, se conectó la bobina secundaria a un osciloscopio convencional (ancho de banda 300 MHz). Se midió frecuencia y amplitud en distintos lugares del interior y exterior de la bobina primaria. Se comprobó que el equipo trabaja a una frecuencia única de 60 Hz (valor adecuado según las referencias consultadas de experiencias similares, que recomiendan un margen de 50 a 200 Hz). Se midió una amplitud máxima en el centro de la bobina primaria de 25 mVpp y un valor en los extremos superior e inferior de la misma de 15 mVpp, lo que supone una caída de señal de 4 dB. Por contra, no se aprecian diferencias significativas entre puntos de un mismo plano horizontal en el interior de la bobina primaria.

Para el segundo experimento, se dispuso una cantidad significativa de fibras de acero en el lecho de un cubo de metacrilato de las dimensiones de las probetas cúbicas de 15x15x15 cm y se introdujo en el interior del soporte tubular que contiene las bobinas. Las fibras se situaron en la base del cubo con un grosor inferior a 0,5 cm. Se comprobó que medía diferente cantidad de fibra cuando la misma cantidad y disposición de fibras en el interior del cubo de metacrilato se situaba en la base del soporte tubular o a media altura (7,5 cm). La medida indicó una presencia superior en más del 20% cuando las fibras se situaban a media altura.

Así, se comprueba lo que sugería la geometría de la bobina primaria, que dentro de la muestra cúbica aquellas fibras ubicadas en la zona central de la misma tendrán un mayor peso que aquellas ubicadas en los extremos. De forma que si las fibras se encuentran distribuidas de forma uniforme, la medida final será adecuada, pero si por contra existen distribuciones especiales o acumulaciones de fibras (erizos) en determinadas zonas del espacio, tendrán un efecto distinto en la lectura final en función de si éstas se encuentran en la zona central o en las zonas superior e inferior de la probeta bajo prueba. Como el protocolo de medida requiere realizar una medida global de la muestra introduciéndola en el interior del equipo según sus tres ejes, en la medida final el resultado ponderará de forma mayor el punto central y la ponderación decaerá de forma uniforme según cada uno de los tres ejes.

Los inconvenientes hallados en el equipo BSM100, provocados por la utilización de un bobinado uniforme que conduce a ciertas diferencias por efectos de borde, son comunes a la mayoría de propuestas conocidas.

No obstante existe una patente que sí que tiene en cuenta tal falta de uniformidad en el campo magnético generado por la bobina primaria, en concreto la disminución del mismo en las zonas próximas a los bordes, que provoca los mencionados errores de medida.

Dicha patente es la patente JP58211651, que propone realizar la medida solamente en una pequeña zona central de la bobina primaria, la cual a su vez tampoco discurre por las zonas marginales extremas del soporte tubular alrededor del cual se encuentran enrolladas.

En concreto, la patente JP58211651 propone un cilindro para medir el contenido en fibras de acero de una muestra de hormigón introducida en el cilindro. El cilindro propuesto en dicha patente japonesa está constituido por un material que no afecta al magnetismo, y alrededor del mismo se encuentra enrollada una bobina primaria, alrededor de la cual se encuentra enrollada una bobina secundaria, aislada de la primera. Se propone realizar la medida del contenido en fibras de acero de la muestra evaluando la inductancia mutua entre las dos bobinas. La primera bobina cubre, en altura, un área del cilindro que no incluye sus zonas extremas, y el arrollamiento de la segunda bobina abarca, en altura, solamente una zona central del de la primera bobina. Con tal disposición se consigue realizar una medida del contenido en fibras de la muestra solamente en una zona central de la misma, a partir de la cual calculan un valor medio de la relación de la cantidad de fibras de acero en la muestra, valor el cual, si la distribución de las fibras en el interior de la muestra no es uniforme, puede ser muy erróneo al extrapolarlo a toda la muestra.

Explicación de la invención

Aparece necesario ofrecer una alternativa al estado de la técnica que solvente los inconvenientes de los que adolecen los aparatos y métodos convencionales de cuantificación y medida de orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, que, al contrario de la patente JP58211651, permita realizar medidas directas en toda la superficie de la muestra, y no solamente en una zona central de la misma, y que, al contrario del equipo BSM-100 de HERTZ, permita que dichas medidas sean tan fiables en la zona central como en las zonas extremas de la muestra.

Para ello la presente invención aporta, en un primer aspecto, un dispositivo para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, del tipo que comprende una disposición de bobinas que incluye como mínimo una bobina constituida por un arrollamiento de espiras que define un cuerpo tubular con un volumen interior libre, estando dicha bobina prevista para, al hacer circular una corriente eléctrica variable entre sus bornes, al menos generar un campo magnético sobre como mínimo dicho volumen interior libre, preparado para recibir por inserción, o al que aproximar con una orientación determinada, una muestra o porción de hormigón reforzado con fibras metálicas.

El campo magnético generado es detectable por un sistema de detección, asociado a dicha disposición de bobinas, y previsto para detectar los cambios en dicho campo magnético provocados por la inserción de dicha muestra en dicho volumen interior libre, o la aproximación del mismo a dicha porción de hormigón.

A diferencia de las propuestas convencionales, en el dispositivo propuesto por el primer aspecto de la presente invención el arrollamiento de como mínimo una de las bobinas de la disposición de bobinas no es uniforme a lo largo de toda su longitud, siendo más denso en como mínimo una de sus zonas extremas, en general en sus dos zonas extremas, con el fin de compensar las caídas del campo magnético por efectos de borde de las que adolecen las propuestas convencionales, y por tanto permitir realizar unas medidas mucho más exactas y precisas que las llevadas a cabo en el estado de la técnica, que son independientes de la posición espacial de la fibra metálica, siempre que se encuentre ubicada en el interior de dicho volumen interior libre.

Para un ejemplo de realización dicha disposición de bobinas comprende una única bobina, de arrollamiento no uniforme, y prevista para generar dicho campo magnético, el cual es mucho más uniforme que los de las propuestas convencionales, lo que permite realizar medidas de fibras situadas próximas a los extremos del volumen interior libre tan exactas como las de las fibras ubicadas en una zona central. En dicho ejemplo de realización dicha única bobina actúa como primaria y como secundaria al resultar afectado su coeficiente de autoinducción por la presencia de la citada muestra porción de hormigón, estando el mencionado sistema de detección previsto para detectar las variaciones en la inductancia de dicha única bobina.

Para dicho ejemplo de realización relativo a la utilización de una única bobina, el dispositivo comprende un generador de señal en conexión con dicha bobina, para suministrarle una señal eléctrica de corriente alterna con al menos una frecuencia determinada, y también comprende dicho sistema de detección, el cual incluye o constituye un elemento capaz de detectar variaciones de inductancia, tal como un analizador de impedancias conectado a los bornes de dicha bobina.

Para una variante de dicho ejemplo de realización el propio analizador de impedancias incluye al mencionado generador de señal, siendo dicha señal eléctrica generada de pequeña magnitud, suficiente como para generar dicho campo magnético y posibilitar la detección de sus posibles variaciones.

Para un ejemplo de realización alternativo al descrito anteriormente referente a la inclusión de una única bobina, en el dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención dicha disposición de bobinas es una disposición de dos bobinas que incluye a dicha bobina, la cual es una primera bobina en funciones de bobina primaria, y una segunda bobina en funciones de bobina secundaria asociada a dicho sistema de detección, estando el mencionado volumen interior libre delimitado por uno u otro de los arrollamientos de dichas bobinas primaria y secundaria, o por ambos.

Para dicho ejemplo de realización que incluye a una disposición de dos bobinas, la bobina de arrollamiento no uniforme mencionada anteriormente es, en un caso, dicha bobina primaria, de manera que ésta está prevista para generar un campo magnético mucho más uniforme que los de las propuestas convencionales. En este caso la bobina secundaria o de detección mantiene un arrollamiento uniforme.

Para otra variante de dicho ejemplo de realización que incluye a una disposición de dos bobinas, la bobina de arrollamiento no uniforme mencionada anteriormente es dicha bobina secundaria. En este caso, si la bobina primaria es de arrollamiento uniforme, el campo magnético generado también adolece de las caídas provocadas por el efecto borde descrito anteriormente, pero dicho efecto es compensado al tener el arrollamiento de la bobina secundaria un mayor número de vueltas en sus extremos, de manera que el campo magnético más pequeño existente en las proximidades a los bordes del volumen interior libre es captado un mayor número de veces que el campo magnético mayor existente en la zona central.

Para otra variante más de dicho ejemplo de realización que incluye a una disposición de dos bobinas, el arrollamiento de ambas bobinas, la primaria y la secundaria, no es uniforme a lo largo de toda su longitud.

Siguiendo con dicho ejemplo de realización relativo a la inclusión de una disposición de dos bobinas, el dispositivo comprende un generador de señal en conexión con dicha bobina primaria, para suministrarle una señal eléctrica de corriente alterna con al menos una frecuencia determinada, y también comprende a dicho sistema de detección, el cual se encuentra conectado a dicha bobina secundaria y está previsto para medir la amplitud y o la fase de la señal eléctrica inducida en sus bornes, detectando así los cambios en el campo magnético provocados por el contenido y orientación de las fibras metálicas embebidas en la muestra de hormigón.

Un segundo aspecto de la presente invención concierne a un método aplicado a la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, que comprende utilizar el dispositivo propuesto por el primer aspecto.

El método propuesto por el segundo aspecto de la invención comprende insertar en dicho volumen interior libre a una muestra de hormigón reforzado como mínimo tres veces, cada una de ellas con una posición diferente, según al menos tres ejes coordenados, y realizar la medida de la cuantía y orientación de fibras metálicas para cada una de dichas posiciones.

Para un ejemplo de realización el método comprende operar, de manera directa o ponderada, los resultados obtenidos para cada una de dichas posiciones de la muestra, para obtener una medida final de cuantía y orientación de fibras metálicas.

Un tercer aspecto de la invención concierne a un método aplicado a la medida de cuantía de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, que comprende utilizar el dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención para realizar una medida superficial de cuantía de fibras metálicas en una estructura o elemento de hormigón reforzado, mediante la aproximación del dispositivo a la superficie de como mínimo una porción de dicha estructura o elemento de hormigón reforzado. Breve descripción de los dibujos

Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:

la Fig. 1 es una vista esquemática del dispositivo propuesto por el primer aspecto de la presente invención, para un ejemplo de realización para el que éste incluye una disposición de bobinas que incluye una única bobina; y

la Fig. 2 es una vista esquemática del dispositivo propuesto por el primer aspecto de la presente invención, para otro ejemplo de realización para el que éste incluye una disposición de bobinas que incluye dos bobinas, una primaria, generadora de un campo magnético, y una secundaria, utilizada para detectar las variaciones en dicho campo magnético. Descripción detallada de unos ejemplos de realización

Haciendo referencia a las figuras adjuntas, en ellas se ilustran los dos ejemplos de realización anteriormente descritos relativos al dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención.

Tanto en la Fig. 1 como en la Fig. 2 se ilustran una serie de elementos comunes a ambos ejemplos de realización, en concreto el volumen interior libre V en el que insertar (según indica la flecha allí ilustrada) la muestra de hormigón M con fibras metálicas F, en general de acero, así como la bobina B1 generadora de un campo magnético sobre el volumen interior libre V al hacer circular una corriente eléctrica entre sus bornes.

En ambas Figuras el mencionado volumen interior libre V se encuentra definido por un cuerpo de soporte tubular C alrededor del cual se encuentran arrolladas la bobina B1 (Fig. 1) o ambas bobinas B1, B2 (Fig. 2), debidamente aisladas entre sí.

Para los dos ejemplos de realización ilustrados, tanto el cuerpo de soporte tubular C como los arrollamientos de las bobinas B1, B2, tienen forma prismática, en particular de prisma rectangular, ya que están previstos para insertar la muestra M ilustrada, que tiene forma de cubo, inserción la cual es realizada preferentemente de acuerdo al método propuesto por el segundo aspecto de la invención, anteriormente descrito, es decir insertando la muestra M en el volumen interior libre V tres veces, cada una de ellas con una posición diferente, según sus tres ejes coordenados, y realizar la medida de la cuantía y orientación de fibras metálicas para cada una de dichas posiciones.

Haciendo ahora incidencia en las diferencias entre los elementos ilustrados en las Figs.1y2,yen particular haciendo en primer lugar referencia a la Fig. 1, en ella puede apreciarse cómo la disposición allí ilustrada implanta el anteriormente descrito ejemplo de realización relativo a la inclusión de una única bobina B1, en funciones de bobina primaria y secundaria.

Puede apreciarse en dicha Fig. 1 cómo el arrollamiento de la bobina B1 no es uniforme a lo largo de toda su longitud, siendo más denso en sus dos zonas extremas Ze1, Ze2.

Ha de resaltarse que tanto en dicha Fig. 1 como en la Fig. 2, los distintos arrollamientos se han dibujado de manera muy esquemática, con un número de espiras muy pequeño, con el fin de permitir apreciar las diferencias de densidades indicada.

En la Fig. 1 se ha ilustrado el sistema de detección Sd y el generador de señal G como un único bloque, ya que, para el ejemplo de realización allí ilustrado ambos se encuentran integrados en un analizador de impedancias conectado a los bornes de la bobina B1, y apto tanto para generar la pequeña señal eléctrica necesaria para realizar la detección de la variación de su inductancia, provocada por la presencia de las fibras F en el interior del campo magnético generado, como para llevar a cabo la propia detección.

Haciendo ahora referencia a la Fig. 2, en ella se aprecian una primera bobina B1, o bobina primaria, y una segunda bobina B2, o bobina secundaria, con sus respectivos arrollamientos intercalados (debidamente aisladas entre sí), y con una mayor densidad en sus dos zonas extremas Ze1 y Ze2 que en su zona central Zc. Las densidades por zonas (Ze1, Zc y Ze2) en bobina B1 y bobina B2 pueden coincidir o no.

Para otro ejemplo de realización, no ilustrado, el arrollamiento de la segunda bobina B2 es uniforme, para lo cual éste debe situarse alrededor o rodeado por el arrollamiento de la primera bobina B1 (debidamente aislados entre sí). En cualquier caso, el eje longitudinal de ambas bobinas es paralelo, y en general ambas bobinas son coaxiales.

Para el ejemplo de realización de la Fig. 2 el dispositivo comprende al generador de señal G en conexión con la bobina primaria B1, para suministrarle la mencionada corriente eléctrica alterna con una frecuencia determinada, y comprende también al sistema de detección Sd en conexión con los bornes de la bobina secundaria B2 y previsto para medir la amplitud y fase de la señal eléctrica inducida en sus bornes por el campo magnético generado con la bobina primaria B1, así como las variaciones que dicho campo inducido sufre por la presencia de las fibras metálicas F en su interior.

En ambas Figuras el generador de señal G y la bobina B1 en funciones de bobina primaria están previstos para generar el campo magnético en el volumen interior libre V, con una dirección perpendicular a la de las espiras de la bobina B1 o bobinas B1, B2.

Con el fin de validar la idoneidad del dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención, se han realizado una serie de pruebas con dos prototipos, uno representativo de los dispositivos convencionales y otro correspondiente al propuesto por la invención, y se ha sometido a ambos a una serie de pruebas, cuyos resultados se expondrán seguidamente.

Para implantar el primer prototipo, relativo a un dispositivo convencional, se ha construido una bobina rectangular con dimensiones interiores de 17x17x15 cm con cerca de 8800 espiras con devanado uniforme.

Para implantar el dispositivo propuesto por la presente invención se ha construido una bobina rectangular con dimensiones interiores de 17x17x15 cm, de 2200 espiras con devanado más denso en los extremos respecto el centro, variando la densidad de manera progresiva según una gráfica piramidal que represente variación de densidad vs. longitud de la bobina, implantando el ejemplo de realización ilustrado por la Fig. 1, y se ha procedido a introducir una muestra con fibras de acero en su interior, y utilizado un analizador de impedancias (en concreto el HP4192A) para determinar la variación de su inductancia en función del contenido y orientación de las fibras. Las medidas se han realizado para una frecuencia de 80 Hz.

Las pruebas realizadas han constatado que con la bobina construida se consigue, si no obtener un campo completamente uniforme, sí disminuir la diferencia entre el centro y los extremos, logrando una ponderación más equilibrada entre todas las fibras presentes en la muestra, independientemente de su ubicación geométrica. Con esta configuración se logra disminuir la caída de campo de 4 dB, que presentan tanto el equipo BSM-100 de HERTZ como en la bobina convencional con cerca de 8800 espiras, hasta por debajo de 1 dB en la bobina de 2200 espiras con devanado no uniforme, mejorando la uniformidad del campo en el interior de la bobina.

A continuación se exponen las diferentes pruebas a las que se han sometido ambos prototipos. Pruebas relativas a la uniformidad del campo magnético

Para realizar dichas pruebas se ha dispuesto una cantidad significativa de fibras de acero en un cubo de metacrilato de las dimensiones de la bobina construida y se ha introducido en su interior; primero se han situado las fibras en el centro de la bobina y en segundo lugar en el extremo de la misma. Ambos con un grosor de fibras inferior a 0,5 cm. La diferencia entre ambas medidas dará idea de la uniformidad del campo, ya que la cantidad y distribución de fibras no habrá variado. Este experimento es equivalente al segundo experimento descrito en el apartado “Estado de la técnica anterior”.

Se han realizado medidas tanto con la bobina convencional como con la incluida en el dispositivo propuesto por la invención, y se ha comprobado que la diferencia entre las medidas realizadas situando las fibras en el centro de la bobina respecto a las realizadas situándolas en un extremo de la misma, son para la bobina convencional (devanado uniforme) de un 25%, mientras que usando la bobina de devanado no uniforme, en adelante referida como bobina piramidal, la diferencia disminuye hasta el 8%.

En concreto para una bobina convencional vacía se ha medido una inductancia de 12,24 H, que ha variado hasta ser de 12,51 H cuando se han introducido las fibras metálicas en el extremo de la bobina, y hasta 12,60 H cuando éstas se han situado en el centro de la bobina (sin cambiar su orientación).

En cambio para la bobina piramidal construida se ha medido una inductancia de 0,5395 H cuando estaba vacía, de 0,5520 H cuando se han introducido las fibras metálicas en el extremo de la bobina, y de 0,5510 H cuando éstas se han situado en el centro de la bobina.

Por tanto, en el caso de la bobina uniforme, el incremento para fibras en el extremo es de ΔLE= (12,51 H-12,24 H)=0,27 H y para fibras en el centro ΔLC= (12,60 H-12,24 H)=0,36 H. Así, la diferencia en las medidas es de un 25% mayor según las fibras se sitúen en el centro respecto el extremo del volumen de medida: 100*(ΔLC-ΔLE)/ΔLC=25%. En cambio, en la bobina piramidal construida, la diferencia entre ambos resultados es menor como se pretendía; para fibras en el extremo es de ΔLE= (0,5520 H-0,5395 H)=0,0125 H y para fibras en el centro ΔLC= (0,5510 H-0,5395 H)=0,0115 H. Así, la diferencia es tan solo del 8%, en este caso, con un campo en los extremos un poco mayor que en el centro: 100*(ΔLC-ΔLE)/ΔLC=-8%.

Podría disminuirse aún más esa diferencia si se optimizara el número de devanados en cada porción del bobinado, ya que en el ejemplo de realización se ha excedido un poco el número de arrollamientos en los extremos. Pruebas relativas a la orientación de las fibras

Se conoce que, por la naturaleza física de los campos magnéticos, las fibras metálicas que se encuentren paralelas a la dirección del campo variarán la inductancia de la bobina, mientras que las que se encuentren de forma perpendicular no presentarán prácticamente ninguna variación. En el interior del cubo de metacrilato antes mencionado se han suspendido (con la ayuda de una esponja de la medida interior del cubo) las fibras en una única dirección y se ha medido la inductancia en la bobina convencional y en la piramidal. Se han repetido las medidas con las fibras situadas de forma paralela y perpendicular al campo magnético.

La detección de la orientación de las fibras es evidente, ya que la diferencia entre la bobina vacía y la bobina con las fibras perpendiculares al campo es muy pequeña (el volumen equivalente de acero que atraviesa el campo es casi nulo).

Se ha asumido que la contribución de las fibras a la inductancia es el valor de la inductancia medido con fibras menos el valor de la bobina en vacío. Se ha consignado el 100% a la suma de las variaciones con fibras perpendiculares y con fibras paralelas al campo.

Los resultados obtenidos han sido los siguientes:

Para la bobina convencional se ha medido una inductancia de 12,29 H cuando se ha introducido el cubo de metacrilato con las fibras suspendidas orientadas perpendicularmente a la dirección del campo magnético, y una inductancia de 12,64 H cuando las fibras suspendidas estaban orientadas de manera paralela a dicha dirección del campo magnético.

Por lo que se refiere a la bobina piramidal, se ha medido una inductancia de 0,5420 H cuando se ha introducido el cubo de metacrilato con las fibras suspendidas orientadas perpendicularmente a la dirección del campo magnético, y una inductancia de 0,5555 H cuando las fibras suspendidas estaban orientadas de manera paralela a dicha dirección del campo magnético.

Por tanto, en el caso de la bobina uniforme, el incremento para fibras perpendiculares es de ΔL⊥= (12,29 H-12,24 H)=0,05 H y para fibras paralelas ΔL1 = (12,64 H-12,24 H)=0,40 H. Así, el crecimiento es de un 11% para las fibras perpendiculares 100*ΔL⊥/(ΔL⊥+ΔL1) y de un 89% para las fibras paralelas 100*ΔL1/(ΔL⊥+ΔL1). Con la piramidal, en cambio, es de un 13% en situación perpendicular y un 87% en paralelo. En ambos casos la diferencia es notable.

Mediante estas pruebas se ha constatado que el hecho de haber aumentado la densidad del arrollamiento de la bobina en sus extremos no ha alterado el funcionamiento conocido de que las fibras metálicas que se encuentren paralelas a la dirección del campo variarán la inductancia de la bobina mucho más que las que se encuentren de forma perpendicular. Pruebas relativas a la dosificación de fibras

Estas pruebas se han dividido en dos fases: una primera fase en la cual se ha medido la capacidad de detección de distribución de fibras a partir de una serie de probetas cúbicas de hormigón (15x15x15 cm) con contenidos en fibras de 0, 20, 30, 40 y 60 kg/m3 distribuidas uniformemente por el interior de las probetas, y una segunda fase donde las medidas se han llevado a cabo con unas probetas cuyas fibras se encuentran distribuidas de manera no uniforme por su interior, formando acumulaciones de fibras (erizos) en determinadas zonas del espacio, y en particular con concentraciones de fibras en las zonas extremas de las probetas diferentes respecto a las del centro de las mismas.

Con un analizador de impedancias se ha medido directamente la variación de la inductancia en ambas fases de la prueba. Se ha comprobado que, así como para dosificaciones pequeñas en el contenido de fibras la variación en la inductancia es notable, a medida que las dosificaciones son más elevadas, las variaciones en la inductancia son menos significativas. Igualmente, se ha comprobado que los valores medidos con la bobina vacía y con las probetas sin fibras son prácticamente idénticos, hecho esperable ya que la presencia de hormigón casi no afecta al campo magnético.

Los resultados obtenidos han demostrado que durante la primera fase, las medidas realizadas con ambas bobinas, la convencional y la piramidal, ofrecen unos resultados válidos.

Por el contrario, las medidas realizadas durante la segunda fase han producido unos resultados bastante diferentes, siendo, para el caso de la bobina convencional, completamente dependientes de la ubicación espacial de las concentraciones de fibras, y prácticamente independientes de dicha ubicación espacial para las medidas realizadas con la bobina incluida en el dispositivo propuesto por el primer aspecto de la invención.

Las diferentes pruebas realizadas han demostrado que, el uso de una bobina con densidad de arrollamiento variable hace los resultados más representativos, ya que pondera de forma más paritaria cada una de las fibras presentes independientemente del lugar en el que se encuentren.

Si bien en la presente invención se ha descrito el dispositivo y el método propuesto para llevar a cabo la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, tanto el dispositivo como los métodos descritos, y reivindicados, también son aplicables a la medida de cuantía y orientación de cualquier clase de inclusiones ferromagnéticas, que no sean necesariamente fibras metálicas, integradas en una muestra o estructura de material no ferromagnético, que no sea necesariamente hormigón reforzado, o con ferromagnetismo diferente al de las inclusiones.

Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

1. REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, del tipo que comprende:

   -

   una disposición de bobinas, que incluye al menos una bobina (B1) constituida por un arrollamiento de espiras que define un cuerpo tubular con un volumen interior libre (V), estando dicha bobina (B1) prevista para, al hacer circular una corriente eléctrica variable entre sus bornes, al menos generar un campo magnético sobre al menos dicho volumen interior libre (V), preparado para recibir por inserción, o al que aproximar con una orientación determinada, una muestra (M) o porción de hormigón reforzado con fibras metálicas (F),

   siendo dicho campo magnético detectable por un sistema de detección (Sd) asociado a dicha disposición de bobinas, y previsto para detectar los cambios en dicho campo magnético provocados por la inserción de dicha muestra (M) en dicho volumen interior libre (V), o la aproximación del mismo a dicha porción de hormigón, y

   estando dicho dispositivo caracterizado porque el arrollamiento de al menos una bobina de dicha disposición de bobinas no es uniforme a lo largo de toda su longitud, siendo más denso en al menos una zona extrema (Ze1, Ze2).

2. 2.

   Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho arrollamiento no uniforme de al menos dicha bobina de dicha disposición de bobinas es más denso en sus dos zonas extremas (Ze1, Ze2).

3. 3.

   Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha disposición de bobinas comprende únicamente a dicha bobina (B1), de arrollamiento no uniforme, prevista para generar dicho campo magnético y actuando la misma como primaria y como secundaria, estando dicho sistema de detección (Sd) previsto para detectar las variaciones en la inductancia de dicha bobina (B1) al resultar afectado su coeficiente de autoinducción por la citada muestra

   (M) o porción de hormigón.

4. 4.

   Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende un generador de señal (G) en conexión con dicha bobina (B1), para suministrarle una señal eléctrica de corriente alterna con al menos una frecuencia determinada, y porque comprende a dicho sistema de detección (Sd), el cual comprende al menos un elemento capaz de detectar variaciones de inductancia.

5. 5.

   Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho sistema de detección (Sd) incluye a dicho generador de señal (G).

6. 6.

   Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dicha disposición de bobinas es una disposición de dos bobinas que incluye a dicha bobina (B1), la cual es una primera bobina (B1) en funciones de bobina primaria, y una segunda bobina (B2) en funciones de bobina secundaria asociada a dicho sistema de detección (Sd), y porque dicho volumen interior libre (V) está delimitado por uno u otro de los arrollamientos de dichas bobinas primaria (B1) y secundaria (B2), o por ambos.

7. 7.

   Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha bobina de arrollamiento no uniforme es dicha bobina primaria (B1) o dicha bobina secundaria (B2).

8. 8.

   Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el arrollamiento de ambas bobinas, la primaria (B1) y la secundaria (B2), no son uniformes a lo largo de toda su longitud, siendo más denso en una o ambas de sus zonas extremas (Ze1, Ze2).

9. 9.

   Dispositivo según la reivindicación 6, 7 u 8, caracterizado porque comprende un generador de señal

   (G) en conexión con dicha bobina primaria (B1), para suministrarle una señal eléctrica de corriente alterna con al menos una frecuencia determinada, y porque comprende a dicho sistema de detección (Sd), el cual se encuentra conectado a dicha bobina secundaria (B2) y está previsto para al menos medir la amplitud de la señal eléctrica inducida en sus bornes.

10. 10.

    Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un cuerpo de soporte tubular (C) alrededor del cual se encuentran arrolladas dicha o dichas bobinas (B1, B2), estando definido dicho volumen interior libre (V) por dicho cuerpo de soporte tubular (C).

11. 11.

    Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque dicho cuerpo de soporte tubular (C) y el arrollamiento o arrollamientos de dicha o dichas bobinas (B1, B2), tienen forma prismática.

12. 12.

    Dispositivo según la reivindicación4ó9, caracterizado porque dicho generador de señal (G) y dicha bobina (B1) en funciones de bobina primaria están previstos para generar dicho campo magnético en dicho volumen interior libre (V), con una dirección perpendicular a la de las espiras de dicha o dichas bobinas (B1, B2).

13. 13.

    Método aplicado a la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, que comprende utilizar un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, e insertar en dicho volumen interior libre (V) a dicha muestra (M) de hormigón al menos tres veces, cada una de ellas con una posición diferente, según al menos tres ejes coordenados, y realizar la medida de la cuantía y orientación de fibras metálicas para al menos cada una de dichas posiciones.

14. 14.

    Método según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende operar, de manera directa o ponderada, los resultados obtenidos para cada una de dichas posiciones de la muestra (M), para obtener una medida final de cuantía y orientación de fibras metálicas.

15. 15.

    Método aplicado a la medida de cuantía de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, que comprende utilizar un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende realizar una medida superficial de cuantía de fibras metálicas en una estructura o elemento de hormigón reforzado, mediante la aproximación del dispositivo a la superficie de al menos una porción de dicha estructura o elemento de hormigón reforzado.

    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

    N.º solicitud: 200901076

    ESPAÑA

    Fecha de presentación de la solicitud: 17.04.2009

    Fecha de prioridad:

    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

    DOCUMENTOS RELEVANTES

    Categoría

    Documentos citados Reivindicaciones afectadas

    Y

    JP 58211651 A (MARUTOU SANYUU SEISAKUSHO KK) 09.12.1983, Resumen de la base de 1-15

    datos EPODOC. Recuperado de EPOQUE [recuperado el 01.03.2011].

    Y

    GB 1497920 A (DANIELSSON N et al.) 12.01.1978, reivindicaciones 1-5; figuras. 1-15

    A

    US 5126669 A (NASA) 30.06.1992, reivindicaciones 1-2; resumen; figuras. 13

    A

    JP 2001091502 A (UEDA SENI KAGAKU SHINKOKAI et al.) 06.04.2001, Resumen de la base de 1,13

    datos WPI. Recuperado de EPOQUE [recuperado el 01.03.2011].

    A

    EP 0529181 A2 (NISHIMATSU CONSTR CO LTD) 03.03.1993, resumen; figuras. 13-15

    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

    Fecha de realización del informe 08.03.2011

    Examinador E. Pina Martínez Página 1/5

    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD G01N27/72 (01.01.2006)

    G01N33/38 (01.01.2006) H01F5/00 (01.01.2006) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

    G01N, H01F

    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI

    OPINIÓN ESCRITA

    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 08.03.2011

    Declaración

    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-15 SI NO

    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-15 SI NO

    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

    Base de la Opinión.-

    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

    OPINIÓN ESCRITA

    1. Documentos considerados.-

    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

    Documento

    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

    D01

    JP 58211651 A (MARUTOU SANYUU SEISAKUSHO KK) 09.12.1983

    D02

    GB 1497920 A (DANIELSSON N et al.) 12.01.1978

    D03

    US 5126669 A (NASA) 30.06.1992

16. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

    Se considera D01 el documento del estado de la técnica anterior más próximo al objeto reivindicado. Este documento en combinación con el documento D02 afectaría a la actividad inventiva de todas las reivindicaciones, tal y como se explica a continuación.

    Reivindicación1

    El documento D01, siguiendo la terminología empleada en la reivindicación 1 de la solicitud, describe lo siguiente (las referencias entre paréntesis se refieren a D01):

    Dispositivo para la medida de cuantía y orientación de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado, del tipo que comprende: -una disposición de bobinas, que incluye al menos una bobina (2) constituida por un arrollamiento de espiras que define un cuerpo tubular con un volumen interior libre (1), estando dicha bobina (2) prevista para, al hacer circular una corriente eléctrica variable entre sus bornes, al menos generar un campo magnético sobre al menos dicho volumen interior libre (1), preparado para recibir por inserción, una muestra de hormigón reforzado con fibras metálicas (a’) siendo dicho campo magnético detectable por un sistema de detección (3) asociado a dicha disposición de bobinas, y previsto para detectar los cambios en dicho campo magnético provocados por la inserción de dicha muestra (a’) en dicho volumen interior libre (1).

    La diferencia principal que se observa entre el dispositivo descrito en D01 y el reivindicado en la solicitud reside en la parte caracterizadora de ésta, es decir, en el arrollamiento de la bobina, que en la solicitud es no uniforme, siendo más denso en al menos una de las zonas extremas.

    El efecto técnico que se consigue con esta diferencia es la compensación de los efectos de borde del campo magnético que generaría una bobina uniforme, dando como resultado una mayor homogeneidad del campo magnético en el interior del cilindro.

    No obstante, esta solución es conocida en los sectores de la técnica relacionados con la generación de campos magnéticos. Así, en el documento D02 se describe una disposición de bobinas arrolladas sobre una cavidad cilíndrica cuyas densidades de arrollamiento son mayores en los extremos del cilindro que en la zona central. Esto tiene como efecto técnico el aumento de la homogeneidad de la componente axial en la cavidad interior (véase figura 3).

    Así, un experto en la materia, enfrentado al problema de cómo mejorar la homogeneidad del campo magnético en el dispositivo del documento D01, aplicaría la solución descrita en el documento D02 de manera evidente y sin el ejercicio de un esfuerzo inventivo.

    Es decir la combinación de los documentos D01 y D02 afectaría al requisito de actividad inventiva en el sentido del Art. 8.1 de la Ley de Patentes 11/86.

    Reivindicaciones 2-12

    Las reivindicaciones dependientes de la primera no comprenden características técnicas adicionales o alternativas de realización que impliquen el grado de actividad inventiva necesario frente a lo divulgado en el estado de la técnica anterior.

    Así, el hecho de que el dispositivo comprenda una o dos bobinas (reiv. 3 y 6) con mayor densidad una o ambas (reiv. 7 y 8) en uno o dos de sus extremos (reiv.2) son variaciones de la solución al mismo problema planteado, que no entrañan una contribución técnica respecto al dispositivo definido en la reivindicación 1.

    Del mismo modo, las diferentes configuraciones de conexión del generador (G) y el sistema de detección (Sd) (reiv. 4, 5, 9 y 12) o las variaciones geométricas del volumen interior libre (V) (reiv. 10 y 11) se consideran detalles constructivos de realización que no implican la realización de un esfuerzo inventivo por parte del experto en la materia.

    Por tanto, las reivindicaciones 2-12 no satisfacen el requisito de actividad inventiva (Art. 8.1 LP).

    OPINIÓN ESCRITA

    Reivindicaciones 13-14

    En el documento D01 se encuentra implícitamente descrito un método para la determinación de la cuantía de fibras metálicas integradas en hormigón reforzado que comprende utilizar el dispositivo descrito en el mismo e insertar en el volumen interior libre una muestra de hormigón.

    En cuanto a las etapas que permiten determinar la orientación de las fibras, consistentes en repetir la medida en al menos tres ejes coordenados, se considera ésta una práctica habitual en sectores de la técnica relacionados con la determinación de la orientación de elementos magnéticos mediante campos magnéticos (véase por ejemplo el documento D03).

    Así, un experto en la materia enfrentado al problema de cómo determinar la orientación de las fibras de hormigón en la muestra estudiada con el dispositivo descrito en D01, realizaría la medida en al menos tres posiciones diferentes según tres ejes coordenados, sin el ejercicio de un esfuerzo inventivo.

    En cuanto a las reivindicaciones dependientes 14-15 no se considera que comprendan etapas adicionales o alternativas que confieran al método el necesario requisito de actividad inventiva.

    Por tanto, se considera que las reivindicaciones 13-15 carecen del requisito de actividad inventiva (Art. 8.1 LP) a la vista del estado de la técnica anterior.

    En conclusión, la solicitud no satisface los requisitos de patentabilidad establecidos en el Art. 4.1 LP.