ES2863588T3

ES2863588T3 - Dispositivo y método para determinar las propiedades reológicas del hormigón

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Publication number: ES2863588T3
Application number: ES16810322T
Authority: ES
Inventors: Sandro Moro; Roberta Magarotto; Francesca Moratti
Original assignee: Construction Research and Technology GmbH
Current assignee: Construction Research and Technology GmbH
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: JP2018536864A; CN108369219A; BR112018011571B1; EP3387428A1; ZA201804446B; RU2730900C2; CN108369219B; WO2017097954A1; BR112018011571A2; RU2018124244A; SA518391726B1; JP6793729B2; CA3007868A1; MX2018007066A; AU2016369047A1; RU2018124244A3; AU2016369047B2; EP3387428B1; CA3007868C

Abstract

Paleta manual portátil (10) para determinar las propiedades reológicas del hormigón que comprende un mango (11) para operar manualmente la paleta, teniendo dicho mango un extremo delantero (13) y un extremo trasero (16), una pala (12) unida de manera no giratoria al extremo delantero (13) de dicho mango (11), unos medios sensores (14) para determinar una fuerza que actúa sobre dicha pala (12), un módulo electrónico (17) para evaluar los datos recopilados por dichos medios sensores (14), y una fuente de alimentación eléctrica para suministrar energía eléctrica a dichos medios sensores y dicho módulo electrónico.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y método para determinar las propiedades reológicas del hormigón

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un método que utiliza el dispositivo para determinar las propiedades reológicas del hormigón.

En el pasado reciente, la tecnología del hormigón se ha impulsado hacia límites extremos: Por un lado, hoy en día es posible producir elementos con propiedades mecánicas y de flexión extremas, verter hormigón que conserva su maleabilidad durante horas en las condiciones más severas y asegurar rendimientos muy altos en términos de durabilidad y estética. Por otro lado, alcanzar límites tan extremos implica trabajar con un material que cada vez se vuelve más difícil de manipular, de mover, bombear, verter y acabar.

Se pueden utilizar aditivos, como superplastificantes, para mejorar las propiedades reológicas del hormigón, por ejemplo, del hormigón autocompactante. Las mezclas que contienen hormigón basadas en polímeros sintéticos comúnmente se denominan "hormigón reoplástico". Las propiedades del hormigón en estado fresco normalmente se caracterizan a pie de obra con métodos estandarizados como pruebas de asentamiento, de escurrimiento o VEBE. Los valores obtenidos se utilizan para describir tanto la fluidez inicial del hormigón como la retención de su maleabilidad. Sin embargo, estos métodos no son capaces de caracterizar las propiedades reológicas del hormigón que pueden tener un impacto importante en la producción del mismo. Desde el momento de mezclado hasta el acabado superficial, pasando por el bombeo y la colocación, la reología del hormigón desempeña un papel clave en la vida de la construcción, pero su cuantificación en cada etapa no es tarea fácil.

La reología es, por definición, el estudio del flujo de materia, principalmente en estado líquido, pero también como "sólidos blandos" o sólidos en condiciones en las que responden con un flujo plástico en lugar de deformarse elásticamente en respuesta a una fuerza aplicada. Como sistema coloidal, la reología del hormigón puede expresarse mediante el modelo de Bingham. Un fluido de Bingham es un material viscoplástico que se comporta como un cuerpo rígido si se somete a bajas tensiones, pero fluye como un fluido viscoso sometido a tensiones elevadas. La tensión de fluencia (^to) determina el valor cuando el hormigón empieza a fluir bajo su propia masa. La viscosidad plástica (|j) determina el tiempo de fluencia o la velocidad del hormigón durante el vertido o bombeo. Este valor indica la facilidad con la que el hormigón se puede colocar o rellenar unas formas con él.

Los reómetros de hormigón están diseñados para caracterizar la tensión de fluencia estática, la tensión de fluencia dinámica y la viscosidad plástica del hormigón. Una tensión de fluencia estática elevada es deseable porque reduce la presión del encofrado y aumenta la resistencia a la segregación. Pero para facilitar el bombeo, la colocación y la autoconsolidación, es necesario una tensión de fluencia dinámica baja. La viscosidad dinámica proporciona cohesión y contribuye a reducir la segregación cuando el hormigón está fluyendo. Hasta ahora, las pruebas realizadas en laboratorio y a pie de obra se enfocaban en evaluar la maleabilidad de materiales cementosos frescos midiendo el cambio en el asentamiento o escurrimiento. Estas pruebas industriales están, en la mayoría de las circunstancias, correlacionadas directamente con la tensión de fluencia. Aunque los materiales cementosos no son solo fluidos de tensión de fluencia, este enfoque pragmático se ha justificado por el hecho de que la tensión de fluencia es a menudo el parámetro más relevante para describir la capacidad de llenado de un material, por su propio peso, un encofrado o, de manera más general, un molde.

Las tendencias recientes en la modificación del diseño de la mezcla (reducción de la relación agua/aglutinante, añadiendo áridos duros, etc.) han resultado tener, sin embargo, consecuencias dramáticas en la maleabilidad del material y los trabajadores de la construcción a pie de obra a menudo se quejan de que estos hormigones son tan "pegajosos" que no pueden colocarlo ni acabar su superficie. Esta "pegajosidad" y, más específicamente, la tensión adicional necesaria para trabajar el material no solo está relacionada con la tensión de fluencia, sino también con la viscosidad plástica. Por lo tanto, una reducción de ambas, tensión de fluencia (^to) y viscosidad plástica (^j) contribuye a mejorar las propiedades reológicas del hormigón. La evaluación práctica de la adherencia y la reología es, en general, una tarea ardua, ya que es bastante difícil atribuir un solo número a la "sensación" de reología "percibida" que tienen los clientes.

Normalmente, se usa un reómetro para medir la tensión de fluencia y los valores de viscosidad plástica, pero estos dos números no se correlacionan tan directa y fácilmente con las propiedades del hormigón medidas a pie de obra y no todos los lugares de trabajo suelen estar equipados con un instrumento de este tipo.

Por lo tanto, existe la necesidad de métodos y dispositivos de prueba mejorados que sean capaces de proporcionar resultados significativos con respecto a algunos aspectos cruciales del trabajo a pie de obra, como la colocación, la vibración y el acabado. Por otra parte, dado que estos métodos y dispositivos deberían emplearse no solo en el laboratorio, sino también a pie de obra, los dispositivos respectivos deberían ser portátiles. La "facilidad de colocación" se utiliza en el presente documento como una medida de la facilidad para mover el hormigón después del vertido.

En una conferencia celebrada por la Organización Europea del Hormigón Prefabricado ERMCO los días 4 y 5 de junio de 2015 en Estambul (Turquía), el presente solicitante presentó una nueva herramienta portátil que utiliza un sistema de poleas para cuantificar el momento de fuerza necesario para mover una pala sumergida por el hormigón. La pala unida a un carro móvil con ruedas se sumerge en un encofrado o un cubo o un contenedor lleno de hormigón. El carro con ruedas está unido une a una polea mediante un cable de acero. La propia polea está unida al eje de un reómetro que hace girar constantemente la polea a una velocidad de rotación predeterminada. El momento de fuerza medido por el reómetro se registra simultáneamente. Si bien este dispositivo portátil permite una determinación más realista de las propiedades del hormigón debido al hecho de que el movimiento de una pala por el hormigón se relaciona más estrechamente con la manipulación del hormigón realizada por los trabajadores a pie de obra, este dispositivo portátil todavía requiere una configuración elaborada de diferentes componentes y una fuente de energía eléctrica externa y, por lo tanto, se utiliza principalmente en el laboratorio y solo tiene un uso limitado a pie de obra.

El documento US 5.541.855 describe un dispositivo portátil para probar las propiedades del hormigón o mortero fresco o no fraguado. El documento GB 2092308 describe un medidor portátil de trabajabilidad o maleabilidad del hormigón. Ambos dispositivos de la técnica anterior emplean sondas giratorias que se sumergen en el hormigón o mortero. Por consiguiente, estos dispositivos son esencialmente reómetros giratorios portátiles y, por lo tanto, adolecen de los mismos problemas que los reómetros de laboratorio convencionales cuando se trata de determinar las propiedades reológicas del hormigón: Por ejemplo, la sonda giratoria provocará una segregación radial de las partículas sólidas presentes en el hormigón fluido, falseando así las propiedades medidas. Por otra parte, las mediciones obtenidas con una sonda giratoria no se correlacionan fácilmente con la "sensación" subjetiva que experimenta un trabajador a pie de obra cuando comprueba manualmente las propiedades del hormigón.

Por lo tanto, se puede considerar que el problema técnico subyacente a la presente invención es proporcionar un dispositivo y un método mejorados para determinar las propiedades reológicas del hormigón que se puedan utilizar a pie de obra y que no requieran ninguna habilidad analítica del trabajador que utiliza el dispositivo.

Este problema técnico se resuelve con el dispositivo y el método para determinar las propiedades reológicas del hormigón como los que se definen en las reivindicaciones adjuntas.

Por consiguiente, la presente invención se refiere a una paleta manual, portátil 1 para determinar las propiedades reológicas del hormigón que comprende un mango para operar manualmente el dispositivo, teniendo dicho mango un extremo delantero y un extremo trasero, una pala unida de manera no giratoria al extremo delantero (13) de dicho mango, unos medios sensores para determinar una fuerza que actúa sobre dicha pala, un módulo electrónico para evaluar los datos recopilados por dichos medios sensores y una fuente de alimentación eléctrica para suministrar energía eléctrica a dichos medios sensores y dicho módulo electrónico.

La presente invención proporciona una paleta manual, compacta, autoalimentada y portátil que se puede utilizar fácilmente a pie de obra y que no requiere una configuración sofisticada o una formación elaborada por parte del usuario. Para realizar una medición, el usuario simplemente tiene que sumergir la pala en el hormigón y agarrar el mango para mover manualmente la pala sumergida por el hormigón mientras se registra la fuerza que actúa sobre la pala. Por lo tanto, el mango presenta una forma exterior que el usuario puede agarrar fácilmente con la mano. Preferentemente, el mango está configurado como una barra de empuñadura alargada que tiene una forma esencialmente cilíndrica con una sección transversal, circular, elíptica u otra forma ergonómicamente conveniente. La pala puede estar unida directamente al extremo delantero del mango o indirectamente a través de dichos medios sensores cuando están provistos en el extremo delantero del mango o entre el extremo delantero del mango y la pala. Preferentemente, la pala está unida al mango a través de un árbol. Cuando el mango está configurado como una barra de empuñadura esencialmente cilíndrica, se prefiere que la pala esté unida por el extremo delantero de la barra de empuñadura mientras que el módulo electrónico se proporciona en el extremo trasero de la barra de empuñadura para contrarrestar el peso de la pala.

Dado que la pala está unida al mango de manera no giratoria, la fuerza que actúa sobre la pala durante el movimiento por el hormigón puede resultar en una presión que actúa sobre la pala, que se puede medir utilizando un sensor de presión disponible comercialmente, o resultar en una fuerza de flexión que actúa sobre la pala, que se puede medir utilizando sensores de fuerza disponibles comercialmente.

En cualquier caso, la pala no giratoria no provoca la segregación radial de las partículas sólidas presentes en el hormigón por lo que las propiedades medidas con el dispositivo de la invención no se ven alteradas por el propio proceso de medición. Además, el dispositivo de la presente invención imita una paleta convencional utilizada por los trabajadores a pie de obra, de modo que los datos medidos pueden correlacionarse con la "sensación" subjetiva experimentada por los trabajadores cuando comprueban manualmente las propiedades del hormigón.

Los datos de fuerza medidos por la paleta pueden correlacionarse con las propiedades reológicas, respectivamente, propiedades tales como la viscosidad plástica.

Preferentemente, la pala está unida de manera extraíble al mango, lo que permite cambiar de pala. En una realización, el dispositivo comprende al menos dos palas intercambiables para que la forma y/o el área superficial de la pala se pueda adaptar a diversas propiedades reológicas de los materiales cementosos tales como pasta, mortero, hormigón, etc.

En el dispositivo de la invención se pueden emplear diversos medios sensores para medir la fuerza que actúa sobre la pala. Por ejemplo, se pueden montar sensores de fuerza o presión conocidos en la técnica directamente en la pala. Los sensores de presión para medir una presión que actúa sobre la pala o los sensores de fuerza para medir las fuerzas de flexión que actúan sobre la pala y/o el árbol de la pala preferentemente emplean galgas extensiométricas, por ejemplo, galgas extensiométricas resistivas (galgas extensiométricas de metal o semiconductores) o sensores piezoeléctricos.

Debido al movimiento lineal de la pala durante la medición, se pueden emplear galgas extensiométricas de un solo eje. Sin embargo, en ciertas realizaciones de la invención, se pueden utilizar galgas extensiométricas de varios ejes para determinar adicionalmente las desviaciones del movimiento lineal de modo que, por ejemplo, se puede activar una advertencia cuando una medición podría ser menos fiable debido a una manipulación incorrecta del dispositivo de la invención.

En una realización preferida, los medios sensores comprenden un cabezal sensor dispuesto en un extremo delantero del mango. En ese caso, la pala está unida rígidamente al cabezal sensor y la fuerza que actúa sobre la pala se convierte en un momento de fuerza que actúa sobre el cabezal sensor, por ejemplo, a través de un árbol que conecta la pala al cabezal sensor. En una realización preferida, el cabezal sensor comprende una hoja de flexión sobre la que dicha pala se fija rígidamente a través del árbol. La fuerza de flexión que actúa sobre la pala durante el movimiento por el hormigón da como resultado un momento de fuerza que actúa sobre la hoja de flexión que provoca una deformación, por ejemplo, una incurvación de la hoja de flexión. La deformación de la hoja de flexión da como resultado una tensión que luego se puede medir, preferentemente, usando una galga extensiométrica como la descrita anteriormente. La hoja de flexión puede comprender un soporte de montaje que asegura el árbol de la pala rígidamente, pero de manera extraíble a la hoja de flexión.

El módulo electrónico para evaluar los datos recopilados por dichos medios sensores puede comprender una placa de circuito electrónico que preferentemente está configurada para evaluar la fuerza máxima y/o la fuerza promedio aplicada a la pala durante su tiempo de recorrido. Adicionalmente o como alternativa, el módulo electrónico evalúa la integral de la fuerza aplicada a lo largo de la distancia recorrida, es decir, el área por debajo de la curva de fuerza con respecto a la distancia o de fuerza con respecto al tiempo. El módulo electrónico también puede comprender unos medios de almacenamiento para almacenar los datos medidos y/o una interfaz para transferir datos a un ordenador externo, por ejemplo, una interfaz cableada tal como un puerto USB o una interfaz inalámbrica, tal como una interfaz Bluetooth o WiFi.

Preferentemente, el módulo electrónico comprende un visualizador. El visualizador tiene varias formas. En una realización, el visualizador puede comprender una pantalla, por ejemplo, una pantalla LCD u OLED. En el duro entorno a pie de obra, sin embargo, normalmente se prefiere un visualizador simple y robusto. En una realización, el visualizador comprende una lectura digital para indicar la fuerza máxima o promedio evaluada o la fuerza integrada aplicada a la pala. Como alternativa o adicionalmente, el visualizador puede comprender una o más luces indicadoras, por ejemplo, uno o más diodos emisores de luz (LED). Las luces indicadoras pueden utilizarse para indicar el estado del dispositivo de la invención, pero también para indicar si la fuerza medida está dentro de unos límites predeterminados aceptables, lo que podría, por ejemplo, indicarse mediante unos LED rojos y verdes, respectivamente.

De acuerdo con una realización preferida, el medio sensor o dicho módulo electrónico comprende un acelerómetro, preferentemente, un acelerómetro de 3 ejes. El acelerómetro se puede utilizar para determinar la desviación del dispositivo de su orientación vertical, específicamente, la desviación de la pala de su orientación vertical. Dado que la fuerza que actúa sobre la pala se reduce si la pala no está orientada en perpendicular a la dirección del movimiento, los datos obtenidos del acelerómetro se pueden utilizar para calcular el área efectiva de la pala en dirección del movimiento y calibrar los datos de fuerza medidos en consecuencia. Adicionalmente o, como alternativa, a las galgas extensiométricas de múltiples ejes descritas anteriormente, también se pueden utilizar los datos del acelerómetro para determinar las desviaciones del movimiento lineal de la pala.

Se pueden emplear diversas fuentes de alimentación eléctrica con el dispositivo de la presente invención. Preferentemente, se utiliza una fuente de alimentación integrada lo que permite un funcionamiento realmente independiente y portátil. Para tal efecto, la fuente de alimentación eléctrica puede comprender, por ejemplo, una batería recargable o no recargable.

La presente invención también está dirigida a un método para determinar las propiedades reológicas del hormigón utilizando una paleta manual, portátil, como la que se ha definido anteriormente. El método de acuerdo con la invención comprende las etapas de

- sumergir completamente la pala de dicha paleta en el hormigón, permitiendo así la obtención de resultados reproducibles en mediciones posteriores;

- mover manualmente dicha pala por el hormigón a lo largo de una trayectoria lineal a una distancia predeterminada; - medir una fuerza que actúa sobre dicha pala durante su movimiento por el hormigón y recopilar dichos datos de fuerza;

- evaluar dichos datos de fuerza medidos y mostrar los resultados evaluados.

Si la pala no está completamente sumergida, la reproducibilidad de los resultados en mediciones posteriores se ve afectada negativamente. También se prefiere que la pala se mantenga vertical, pero, tal y como se ha explicado anteriormente, las desviaciones de una orientación vertical se pueden corregir automáticamente si se utiliza un dispositivo que comprende un acelerómetro.

Preferentemente, dichos datos de fuerza se recopilan a intervalos regulares de tiempo. Dado que la distancia total está predeterminada y asumiendo que la pala se mueve con una velocidad esencialmente constante, los intervalos regulares de tiempo corresponden esencialmente a intervalos de distancia y el área debajo de la curva de fuerza representa la energía empleada para mover la pala por el hormigón.

De acuerdo con una realización preferida del método de la invención, dichos datos de fuerza se recopilan automáticamente cuando la fuerza medida supera un umbral predeterminado, simplificando así el funcionamiento del dispositivo.

La distancia a la que se moverá la pala por el hormigón durante una medición normalmente se selecciona de manera que la pala pueda barrer la distancia sin que el operario tenga que cambiar su posición. Se selecciona una distancia conveniente habitual de entre 10 y 60 cm, preferentemente, de aproximadamente 30 cm.

Habitualmente, los resultados evaluados comprenden la fuerza máxima y/o la fuerza promedio medida a lo largo de la trayectoria de dicha pala y/o una integral de dichos datos de fuerza obtenidos durante el movimiento de dicha pala. Estos resultados se pueden mostrar en un visualizador provisto en el dispositivo. Estos resultados evaluados y/o los datos originales también se pueden transferir a través de una conexión de datos cableada o inalámbrica a un ordenador fijo o a un dispositivo informático móvil, tal como una tableta informática o un teléfono móvil.

A continuación, la presente invención se describirá con más detalle haciendo referencia a una realización preferida representada en los dibujos adjuntos.

En los dibujos,

La figura 1 representa una vista en perspectiva de un dispositivo manual, portátil, para medir las propiedades reológicas del hormigón de acuerdo con la invención;

la figura 2 muestra una vista de perfil del dispositivo de la figura 1;

la figura 3 muestra una vista ampliada del sensor de fuerza del dispositivo de las figuras 1 y 2;

la figura 4 muestra una vista en sección axial del sensor de fuerza de la figura 3;

la figura 5 muestra un ejemplo de medición de fuerza utilizando el dispositivo de la invención;

la figura 6 muestra datos de correlación de las propiedades reológicas de un primer tipo de hormigón determinados con un ensayo convencional y con el dispositivo de la invención, respectivamente; y

la figura 7 muestra datos similares a los de la figura 6 para un segundo tipo de hormigón.

La figura 1 muestra una realización preferida del dispositivo, manual, portátil para determinar las propiedades reológicas del hormigón de la invención. El dispositivo de la invención tiene la configuración general de una paleta manual 10. Al igual que una paleta convencional, la paleta 10 de la presente invención comprende una barra de empuñadura 11 y una pala 12 unida a la barra de empuñadura 11. En su extremo delantero 13, la barra de empuñadura 11 comprende un cabezal sensor 14 al que la pala 12 está unida de manera extraíble a través de un árbol 15. En su extremo trasero 16, la barra de empuñadura 11 comprende un módulo electrónico 17 en el que se proporciona un visualizador 18. En la realización representada en la figura 1, el visualizador 18 comprende una lectura digital 19 y una primera y una segunda luces indicadoras LED 20, 21. Las luces indicadoras 20, 21 se pueden utilizar como indicadores de estado que muestran el correcto funcionamiento del dispositivo. Las luces indicadoras también se pueden utilizar para mostrar si las propiedades reológicas del hormigón se encuentran dentro de unos límites predeterminados, por ejemplo, mediante unas luces rojas y verdes, respectivamente. En el cabezal sensor 14, se proporciona un sensor de fuerza, que es capaz de medir la fuerza que actúa sobre la pala 12. El sensor de fuerza se describirá más adelante con más detalle en relación con las figuras 3 y 4. En el módulo electrónico 17, se proporciona una placa electrónica (no representada en los dibujos) que recopila y procesa los datos de fuerza detectados por el cabezal sensor 14 y que controla el visualizador 18. El módulo electrónico 17 y/o la barra de empuñadura 11 también aloja una fuente de energía eléctrica, que en el presente caso consiste en dos pilas AA que pueden ser recargables.

La figura 2 muestra una vista de perfil de la paleta 10 de la figura 1.

Para determinar las propiedades reológicas del hormigón, la paleta 10 se utiliza tal y como sigue: tras el encendido de la paleta 10 mediante un interruptor de encendido/apagado (no representado en los dibujos), el sistema realiza una calibración automática del hardware del sensor de fuerza para calibrar los datos a temperatura ambiente. Una vez completada la calibración inicial, la pala 12 se sumerge completamente en el hormigón y el operario realiza manualmente una traslación lineal de la pala 10 a lo largo de una distancia predeterminada, normalmente de 30 cm. Con el inicio del movimiento, el sistema empieza a adquirir automáticamente los datos de la fuerza que actúa sobre la pala. En una realización preferida, el cabezal sensor 14 o la placa electrónica del módulo electrónico 17 también está provisto de un acelerómetro que permite determinar el ángulo de la pala con respecto a su orientación vertical. Estos datos se recopilan simultáneamente durante el movimiento de la paleta 10. Cuando termina la traslación, los datos recopilados se interpolan y el resultado de la fuerza promedio y/o máxima aplicada a la pala se muestra en la lectura digital 19 del módulo electrónico 17.

Se pueden utilizar diversos tipos de sensores de fuerza conocidos en la técnica para determinar la fuerza que actúa sobre la pala 12 durante su movimiento por el hormigón.

En la realización preferida representada en los dibujos, se utiliza un sensor de flexión para determinar la fuerza que actúa sobre la pala durante su movimiento con respecto al hormigón. El sensor de flexión convierte la medición de fuerza en una medición de momento de fuerza. Este tipo de medición se describirá ahora con más detalle haciendo referencia a las figuras 3 y 4.

La figura 3 es una vista ampliada del cabezal sensor 14 de la paleta 10 de las figuras 1 y 2. La figura 4 muestra una vista en sección del cabezal sensor 14.

Como se puede interpretar a partir de la figura 3, la pala 12 está conectada rígidamente a través del árbol 15 a una hoja de flexión 22 dispuesta en el extremo delantero del cabezal sensor 14. La hoja de flexión 22 tiene un borde fijo 23 que se fija al cuerpo 24 del cabezal sensor 14. El borde opuesto 25 de la hoja de flexión 22 puede moverse libremente y actúa como borde flotante. En consecuencia, la fuerza que actúa sobre la pala 12 sumergida durante su movimiento por el hormigón se propaga de forma rígida a la hoja de flexión 22. Debido a sus bordes fijos y móviles, respectivamente, la hoja de flexión puede deslizarse y doblarse libremente en respuesta a la fuerza de flexión que actúa sobre la misma a través del árbol 15. El movimiento de la hoja de flexión se mide utilizando un sensor de flexión, por ejemplo, una galga extensiométrica 26, aplicada en el lado inferior de la hoja de flexión 22, como se puede interpretar en la vista en sección de la figura 4. La figura 4 también representa una cubierta delantera 27 que se ha omitido en la vista de la figura 3 por razones de claridad. La cubierta 27 está provista de una abertura 28 a través de la cual puede pasar el árbol 15 de manera deslizante. La cubierta 27 está dispuesta de manera que no impida el movimiento de deslizamiento y flexión de la hoja de flexión 22 con los límites necesarios para medir las fuerzas/momentos de fuerza previstos. Para tal efecto, en la forma de realización representada en la figura 4, el lado inferior 29 de la cubierta 27 está provisto de un rebaje 30 que permite que la hoja de flexión 22 se doble hacia arriba en respuesta al momento de fuerza aplicado por el árbol 15 en la hoja 22. Una curvatura simbólica típica de la hoja de flexión 22 en respuesta al momento de fuerza aplicado por el árbol 15 está representada por la línea 31, indicando las flechas 32 el movimiento de flexión e indicando la flecha 33 el movimiento de deslizamiento de la hoja de flexión 22, respectivamente. El punto fijo 34 indica el extremo fijo de la línea 31 (es decir, la hoja 22).

En la realización preferida representada en los dibujos, la pala sumergida está hecha de acero austenítico AISI314 mientras que la hoja de flexión es de acero armónico 38Si7.

El movimiento de la hoja de flexión 22 induce un cambio de resistencia eléctrica en la galga extensiométrica 26, que es roja para diferenciarse, mediante un puente de Wheatstone provisto en la placa electrónica del módulo electrónico 17. Por consiguiente, es posible compensar los errores inducidos por la temperatura ambiental y por las resistencias eléctricas inherentes al sistema. La señal de salida del puente de Wheatstone pasa a un amplificador diferencial ("línea a línea"), lo que permite compensar los errores introducidos por la variación de tensión de la batería. Posteriormente, la señal analógica se lee en un convertidor analógico/digital con 10 bits de resolución.

Para compensar las variaciones en el área efectiva de la pala cuando ésta no se mantiene en vertical durante su movimiento, se evalúan los datos del acelerómetro de 3 ejes (que pueden estar provistos en el cabezal sensor 14 o en la placa electrónica del módulo electrónico 17) y los datos de fuerza se corrigen debidamente para compensar las variaciones en el área efectiva.

Un procesador PIC recopila los datos digitales y los acumula mientras se está aplicando una fuerza en la pala sumergida. En cuanto la fuerza desaparece o cae por debajo de un umbral predeterminado, los datos se ajustan a los valores del ángulo medido del instrumento y se calcula la integral de la curva y los resultados correspondientes se indican en el visualizador 18. Los datos pueden mostrarse como valores digitales en la lectura digital 19 o incluso de manera aproximada a través de los l Ed rojo y verde 20, 21, que indican, respectivamente, si las propiedades reológicas del hormigón están dentro de los límites predeterminados o no.

El visualizador 18 generalmente muestra solo los datos de la última medición. Estos datos se pueden borrar cuando se realiza una nueva medición, pero de acuerdo con una realización preferida, la placa electrónica también comprende un almacenamiento de datos y/o una interfaz (por ejemplo, un puerto USB) que permite transferir datos a un ordenador externo (por ejemplo, un ordenador fijo, una tableta informática o un teléfono móvil) para su procesamiento y evaluación detallados. En ese caso, los datos almacenados no solo incluyen datos resumidos tal como la fuerza máxima o la integral sobre la curva de fuerza de una medición, sino que también pueden incluir todos los puntos de medición individuales.

La figura 5 muestra los datos brutos de esta medición. La pala sumergida se mueve manualmente por el hormigón a una distancia de aproximadamente 30 cm. Los datos se recopilan cada 0,05 segundos. En el eje x, cada punto de datos está numerado secuencialmente, es decir, se muestra el tiempo total de medición de aproximadamente 2,5 segundos. El eje y indica la resistencia de la galga extensiométrica 26. La resistencia se puede calibrar según la fuerza que actúa sobre la pala, es decir, la curva 35 representa una curva que se corresponde esencialmente a la fuerza que actúa sobre la pala 12 mientras se mueve la pala 12 por el hormigón. El área sombreada 36 por debajo de la curva 35 corresponde esencialmente la energía empleada mientras se mueve la pala por el hormigón. El visualizador 18 de la paleta 10 en sí solo muestra la fuerza máxima medida y/o el área total por debajo de la curva fuerza/tiempo.

Con el diseño de la invención, es posible detectar diferencias reológicas entre hormigones, por ejemplo, hormigones que contienen cantidades distintas o diferentes de superplastificantes y los datos medidos se correlacionan con la cohesión que perciben los operarios. Para mostrar esta correlación, El dispositivo de la invención se ha probado comparando los datos de fuerza medidos con la espátula de las figuras 1 - 5 con los datos obtenidos con un ensayo reológico convencional de hormigón:

Ejemplos

En los siguientes ejemplos, las mezclas PCE 1, PCE 3, PCE 4 y PCE 6 son copolímeros hechos a partir de etoxilato de viniloxibutil polietilenglicol y ácido acrílico, mientras que las mezclas PCE 2 y PCE 5 son policondensados hechos a partir de etoxitalato de fenoxietanol polietilenglicol, formaldehído y fosfato de fenoxietanol.

Ejemplo 1:

Se obtuvo un primer tipo de hormigón a partir de una mezcla de 330 kg/m3 de Cemento Portland (CEM I 45,5 R, Schwenk, Alemania), 180 kg/m3 de cenizas de combustible pulverizadas (PFA) con una mezcla de áridos de 627 kg/m3 de arena de 0-2 mm, 336 kg/m3 de grava de 2-8 mm y 672 kg/m3 de grava de 8-16 mm. Se añadieron 150 l/m3 de agua para producir una relación de agua/cemento de 0,47. Se añadió el superplastificante de policarboxilato éter (PCE) obtenido de BASF, Alemania), en tres concentraciones diferentes, para lograr la misma fluidez (escurrimiento medido según la norma EN 12350-8):

PCE 1: 0,29% en peso de aglutinante (es decir, cemento PFA)

PCE 2: 0,33 % en peso de aglutinante (es decir, cemento PFA)

PCE 3: 0,65 % en peso de aglutinante (es decir, cemento PFA)

Las propiedades reológicas del hormigón se probaron con el dispositivo de la invención. Tres operarios diferentes movieron la paleta a través de una cubeta llena de hormigón a una distancia de 30 cm y se determinó la fuerza promedio de cada medición. Para cada concentración de PCE, cada operario realizó tres mediciones separadas y estos resultados se promediaron de nuevo. Para la comparación, las propiedades reológicas del hormigón también se probaron con una prueba clásica de embudo en V según la norma e N 12350-9.

La figura 6 muestra los datos de correlación obtenidos a partir de estas mediciones, mostrándose el tiempo de fluencia de la prueba del embudo en V en segundos en el eje x y la fecha de fuerza promedio obtenida con el dispositivo de la invención (denotado "Smart Trowel") en unidades arbitrarias en el eje y. Como se puede interpretar a partir de los mismos, los datos del embudo en V se correlacionan fuertemente con los datos de fuerza obtenidos con el dispositivo de la invención.

Un segundo tipo de hormigón se obtuvo a partir de una mezcla de 400 kg/m3 de Cemento Portland (CEM I 42,5 R, Schwenk, Alemania), 50 kg/m3 de polvo de piedra caliza con una mezcla de áridos de 202,75 kg/m3 de arena de cuarzo de 0-0,5 mm, 16,19 kg/m3 de arena de cuarzo de 0-1 mm, 790,3 kg/m3 de arena de 0-4 mm, 267,26 kg/m3 de grava de 4-8 mm y 486,94 kg/m3 de grava de 8-16 mm. Se añadieron 168 l/m3 de agua para producir una relación de agua/cemento de 0,42. Se añadió el superplastificante de policarboxilato éter (PCE) obtenido de BASF, Alemania), en dos concentraciones diferentes:

PCE 4: 0,15 % en peso de cemento

PCE 5: 0,32 % en peso de cemento

Se realizaron pruebas similares a las descritas para el primer tipo de hormigón y los resultados se muestran en la figura 7. De nuevo, los resultados obtenidos con la paleta de la invención y los resultados del embudo en V se correlacionan.

Ejemplo 2:

Se midieron las propiedades reológicas de cuatro hormigones diferentes utilizando el dispositivo de la presente invención y un reómetro giratorio portátil (ICAR 3000 distribuido por Germann Instruments, Copenhague, Dinamarca), respectivamente. Se han modificado tanto la relación de agua/cemento (a/c) como el tipo de superplastificante. Se utilizaron áridos triturados mixtos de piedra caliza-silícea (arena y grava) junto con cemento de mezcla rápida de caliza. Las composiciones de los cuatro hormigones y los resultados de un ensayo de asentamiento según la norma EN 12350-2 se resumen en la Tabla 1.

Tabla 1

Como se puede interpretar a partir de la Tabla 1, los diferentes hormigones presentan consistencias similares en lo que respecta al ensayo de asentamiento.

A continuación, tres operarios diferentes trabajaron el hormigón de acuerdo con el siguiente procedimiento:

Etapa 1: Cada operario movió el hormigón con la paleta tradicional clasificando los cuatro hormigones según su sensación en cuanto a la energía empleada para trabajarlos.

Etapa 2: Cada operario midió tres veces cada hormigón con el dispositivo de la invención (Smart Trowel, paleta inteligente).

Etapa 3: Medición de propiedades reológicas (tensión de fluencia y viscosidad plástica) mediante el reómetro ICAR 3000

Los resultados de las Etapas 1, 2 y 3 se resumen en las Tablas 2, 3 y 4, respectivamente:

Tabla 2

Como se puede interpretar a partir de la Tabla 2, el Hormigón 2 se considera el más ligero de trabajar, mientras que el Hormigón 3 es el más pesado de trabajar.

Tabla 3

continuación

Los resultados obtenidos con el dispositivo de la presente invención (Paleta inteligente) corresponden a la clasificación subjetiva de la evaluación anterior según la Tabla 2.

Tabla 4

Como se puede interpretar a partir de la Tabla 4, los valores de la tensión de fluencia son casi idénticos, correspondientes a las propiedades similares de consistencia (asentamiento) que se indican en la Tabla 1.

Asimismo, utilizando el reómetro ICAR, se determina que el Hormigón 4 es más viscoso que e1Hormigón 3. De este modo, la medición de la viscosidad plástica con ICAR no está completamente en línea con la experiencia subjetiva del trabajador a pie de obra.

Este ejemplo muestra claramente que el dispositivo de la presente invención es más adecuado para mediciones que se correlacionan con la experiencia subjetiva (sensación) de los trabajadores a pie de obra que las mediciones realizadas con un reómetro rotatorio portátil.

Signos de referencia

10 paleta

11 barra de empuñadura

12 pala

13 extremo delantero de la barra de empuñadura

14 cabezal sensor

15 árbol extraíble

16 extremo trasero de la barra de empuñadura

17 modulo electrónico

18 visualizador

19 lectura digital

20 primer indicador LED

21 segundo indicador LED

22 hoja de flexión

23 borde fijo de la hoja de flexión

24 cuerpo

25 borde flotante de la hoja de flexión

26 sensor de flexión

27 cubierta

28 abertura

29 lado inferior de la cubierta

30 rebaje

31 ejemplo de línea de curvatura

32 flechas que indican el movimiento de flexión

33 flecha que indica el movimiento de deslizamiento

34 punto fijo

35 curva de fuerza

36 área de debajo de la curva 35

Claims

REIVINDICACIONES

1. Paleta manual portátil (10) para determinar las propiedades reológicas del hormigón que comprende

un mango (11) para operar manualmente la paleta, teniendo dicho mango un extremo delantero (13) y un extremo trasero (16),

una pala (12) unida de manera no giratoria al extremo delantero (13) de dicho mango (11),

unos medios sensores (14) para determinar una fuerza que actúa sobre dicha pala (12),

un módulo electrónico (17) para evaluar los datos recopilados por dichos medios sensores (14), y

una fuente de alimentación eléctrica para suministrar energía eléctrica a dichos medios sensores y dicho módulo electrónico.

2. Paleta de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha pala (12) está unida de manera extraíble al extremo delantero (13) de dicho mango (11).

3. Paleta de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende al menos dos palas intercambiables.

4. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dichos medios sensores comprenden una galga extensiométrica.

5. Paleta de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde dichos medios sensores (14) comprenden un cabezal sensor dispuesto en dicho extremo delantero (13) de dicho mango (11).

6. Paleta de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicho cabezal sensor (14) comprende una hoja de flexión (22) a la que se fija rígidamente dicha pala (12) a través de un árbol (15).

7. Paleta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho módulo electrónico (17) comprende un visualizador (18).

8. Paleta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho medio sensor (14) o dicho módulo electrónico (17) comprende un acelerómetro.

9. Paleta de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha fuente de energía eléctrica comprende una batería recargable o no recargable.

10. Método para determinar las propiedades reológicas del hormigón utilizando una paleta, manual, portátil de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende las etapas de

- sumergir completamente dicha pala (12) de dicha paleta en hormigón;

- mover manualmente dicha pala (12) por el hormigón a lo largo de una trayectoria lineal a una distancia predeterminada seleccionada de entre 10 y 60 cm;

- medir una fuerza que actúa sobre dicha pala (12) durante su movimiento por el hormigón y recopilar dichos datos de fuerza;

- evaluar dichos datos de fuerza medidos y mostrar los resultados evaluados.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 10, en donde dichos datos de fuerza se recopilan a intervalos regulares.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dichos datos de fuerza se recopilan automáticamente cuando la fuerza medida supera un umbral predeterminado.

13. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde se selecciona una distancia predeterminada de aproximadamente 30 cm.

14. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en donde dichos resultados evaluados comprenden la fuerza máxima medida a lo largo de la trayectoria de dicha pala (12) y/o una integral de dichos datos de fuerza obtenidos durante el movimiento de dicha pala.