ES2937411B2 - COMPUTER IMPLEMENTED METHOD AND SYSTEM FOR PREDICTING THE USEFUL LIFE OF A CONCRETE STRUCTURE - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO IMPLEMENTADO POR ORDENADOR Y SISTEMA DE PREDICCIÓN DE LA VIDACOMPUTER IMPLEMENTED METHOD AND LIFE PREDICTION SYSTEM
ÚTIL DE UNA ESTRUCTURA DE HORMIGÓNUSEFUL OF A CONCRETE STRUCTURE
Campo de la técnicatechnique field
La presente invención concierne a un método implementado por ordenador y a un sistema de predicción de vida útil de estructuras de hormigón en situación real de obra, mediante sensores embebidos en el hormigón y la lectura e interpretación de las mediciones mediante un método implementado por ordenador.The present invention concerns a computer-implemented method and a system for predicting the useful life of concrete structures in a real work situation, by means of sensors embedded in the concrete and the reading and interpretation of the measurements by means of a computer-implemented method.
Dicha predicción se realiza, esencialmente, a partir de mediciones de la resistencia eléctrica y temperatura de la estructura de hormigón obtenidas mediante una unidad sensora compuesta, como mínimo, por una sonda de resistencia eléctrica y otra de temperatura, embebidas en el hormigón, y el análisis de las lecturas obtenidas por dichas sondas considerando además otras informaciones referentes a la composición y geometría de la estructura de hormigón a analizar.Said prediction is made, essentially, from measurements of the electrical resistance and temperature of the concrete structure obtained by means of a sensor unit composed of, at least, an electrical resistance probe and a temperature probe, embedded in the concrete, and the analysis of the readings obtained by said probes, also considering other information regarding the composition and geometry of the concrete structure to be analyzed.
Estado de la técnicastate of the art
Se conoce la toma de medidas de resistencia eléctrica en hormigón para determinar ciertas características del hormigón, como por ejemplo su resistencia o porosidad, estimadas en base a las lecturas de resistencia eléctrica obtenidas. Típicamente estas lecturas se obtienen mediante sondas de resistencia eléctrica que se colocan en la superficie de la estructura de hormigón, por lo que las lecturas obtenidas solamente son representativas de la porción superficial del hormigón.It is known to take electrical resistance measurements in concrete to determine certain characteristics of the concrete, such as its resistance or porosity, estimated based on the electrical resistance readings obtained. Typically these readings are obtained through electrical resistance probes that are placed on the surface of the concrete structure, so the readings obtained are only representative of the superficial portion of the concrete.
La resistencia eléctrica de la porción superficial del hormigón es interesante para conocer la calidad del hormigón y de su curado, pero es poco representativa de las características del interior del hormigón, por lo que dicha información no permite una predicción precisa de la evolución de la corrosión de las armaduras y/o de la vida útil de la estructura de hormigón. La inserción de electrodos desde la superficie de la estructura de hormigón obtiene mediciones que mezclan los resultados de las regiones superficiales del hormigón con las mediciones de las regiones profundas, por lo que tampoco permiten un cálculo preciso. The electrical resistance of the superficial portion of the concrete is interesting to know the quality of the concrete and its curing, but it is not very representative of the characteristics of the interior of the concrete, so this information does not allow a precise prediction of the evolution of the corrosion. of the reinforcements and/or of the useful life of the concrete structure. The insertion of electrodes from the surface of the concrete structure obtains measurements that mix the results of the superficial regions of the concrete with the measurements of the deep regions, therefore they do not allow a precise calculation either.
Se conoce también colocar sondas en el interior de la estructura de hormigón, pero, sin un tratamiento adecuado de las lecturas obtenidas, los resultados no permiten obtener unos valores indicativos de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar.It is also known to place probes inside the concrete structure, but without adequate treatment of the readings obtained, the results do not allow us to obtain values indicative of the useful life of the concrete structure to be analysed.
Esto se debe a que si se obtienen las lecturas de resistencia eléctrica no en la superficie sino en una zona interior del hormigón de dicha estructura de hormigón a analizar, otros parámetros tienen efecto sobre la representatividad de dichas lecturas, como son la temperatura, o también la geometría de la estructura de hormigón y la posición de la unidad sensora en su interior, siendo por lo tanto los resultados obtenidos diferentes de unos resultados teóricos obtenidos en un elemento de hormigón semi infinito con idéntica composición al de la estructura de hormigón a analizar.This is because if the electrical resistance readings are obtained not on the surface but in an interior area of the concrete of said concrete structure to be analyzed, other parameters have an effect on the representativeness of said readings, such as temperature, or also the geometry of the concrete structure and the position of the sensor unit inside it, therefore the results obtained are different from some theoretical results obtained in a semi-infinite concrete element with the same composition as that of the concrete structure to be analysed.
La presente invención resuelve los anteriores y otros problemas, y aporta soluciones novedosas para la fácil evaluación de la durabilidad de las estructuras, permitiendo la confección de planes de monitorización más eficientes y efectivos. Esto constituye una valiosa herramienta para mantenimiento y diseño de estructuras, y consultorías especializadas.The present invention solves the above and other problems, and provides novel solutions for the easy evaluation of the durability of structures, allowing the preparation of more efficient and effective monitoring plans. This constitutes a valuable tool for maintenance and design of structures, and specialized consultancies.
Breve descripción de la invenciónBrief description of the invention
Según un primer aspecto, la presente invención concierne a un método implementado por ordenador de predicción de la vida útil de una estructura de hormigón.According to a first aspect, the present invention concerns a computer-implemented method of predicting the useful life of a concrete structure.
Dicho método constará por lo tanto de cálculos y algoritmos ejecutados en un ordenador para, a partir de unos datos de entrada, obtener como datos de salida una predicción de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar.Said method will therefore consist of calculations and algorithms executed on a computer to, from some input data, obtain as output data a prediction of the useful life of the concrete structure to be analyzed.
El método propuesto comprende las siguientes etapas:The proposed method comprises the following stages:
calcular unos valores de resistividad eléctrica de al menos una zona interior del hormigón constitutivo de una estructura de hormigón a analizar a partir de unos valores de resistencia eléctrica, ajustados para ser comparables, calculados a partir de unas lecturas de resistencia eléctrica obtenidas de al menos una zona interior del hormigón y considerando unas mediciones de temperatura obtenidas en dicha al menos una zona interior;calculate electrical resistivity values of at least one interior area of the concrete constituting a concrete structure to be analyzed from electrical resistance values, adjusted to be comparable, calculated from electrical resistance readings obtained from at least one interior zone of the concrete and considering temperature measurements obtained in said at least one interior zone;
aplicar un modelo de predicción para calcular un valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar, calculada a partir de los valores de resistividad y considerando al menos una información almacenada referente al espesor del recubrimiento de hormigón de unas armaduras de la estructura de hormigón a analizar, y referente al ambiente de exposición de la estructura de hormigón a analizar. apply a prediction model to calculate an indicative value of the useful life of the concrete structure to be analyzed, calculated from the resistivity values and considering at least one stored information regarding the thickness of the concrete cover of some reinforcements of the structure of concrete to be analysed, and referring to the exposure environment of the concrete structure to be analysed.
Por lo tanto, el método propone primero obtener unas lecturas de resistencia eléctrica y de temperatura de una zona interior, alejada de la superficie exterior, de una estructura de hormigón a analizar.Therefore, the method first proposes to obtain electrical resistance and temperature readings from an interior area, far from the exterior surface, of a concrete structure to be analyzed.
A partir de dichas lecturas de resistencia eléctrica se calculan unos valores de resistividad que, además, se ajustan teniendo en cuenta las mediciones de temperatura obtenidas a la vez que las lecturas de resistencia eléctrica.From said electrical resistance readings, resistivity values are calculated which, moreover, are adjusted taking into account the temperature measurements obtained at the same time as the electrical resistance readings.
Se entenderá que lecturas tomadas con unos minutos de diferencia, en un elemento de alta inercia térmica como una estructura de hormigón, pueden considerarse como lecturas obtenidas a la vez.It will be understood that readings taken a few minutes apart, on an element of high thermal inertia such as a concrete structure, can be considered as readings obtained at the same time.
Dichos valores de resistividad ajustados son comparables con otros valores de resistividad calculados a partir de lecturas de resistencia eléctrica tomadas en momentos distintos con temperaturas diferentes.These adjusted resistivity values are comparable to other resistivity values calculated from electrical resistance readings taken at different times at different temperatures.
El citado ajuste puede realizarse, por ejemplo, mediante una interpolación lineal, mediante la ecuación de Arrhenius, o mediante otros métodos matemáticos alternativos.Said adjustment can be carried out, for example, by means of a linear interpolation, by means of the Arrhenius equation, or by means of other alternative mathematical methods.
Opcionalmente, el cálculo de los valores de resistividad eléctrica se puede realizar considerando también al menos una información almacenada referente a la geometría del elemento de hormigón y a la posición de la citada al menos una zona interior dentro de dicha geometría y/o referente a la distancia entre dicha al menos una zona interior y unas superficies exteriores del elemento de hormigón circundantes.Optionally, the calculation of the electrical resistivity values can be carried out also considering at least one stored information referring to the geometry of the concrete element and to the position of said at least one interior zone within said geometry and/or referring to the distance between said at least one inner area and surrounding outer surfaces of the concrete element.
Los valores de resistividad, calculados a partir de lecturas de resistencia eléctrica obtenidas en zonas interiores de la estructura de hormigón, se ven afectadas por la geometría de dicha estructura de hormigón, y por la proximidad de los límites de la estructura de hormigón (las superficies exteriores de la estructura de hormigón) a la zona interior donde se han medido las lecturas de resistencia eléctrica.The resistivity values, calculated from electrical resistance readings obtained in areas inside the concrete structure, are affected by the geometry of said concrete structure, and by the proximity of the limits of the concrete structure (the surfaces exteriors of the concrete structure) to the interior zone where the electrical resistance readings have been measured.
Al calcular los valores de resistividad considerando dicha información almacenada antes mencionada, se pueden ajustar los valores de resistividad para hacerlos comparables con valores de resistividad obtenidos en un elemento de hormigón semi infinito, es decir de una dimensión tal que sus límites no afecten a los valores de resistividad, permitiendo así la comparabilidad de valores de resistividad obtenidos en diferentes zonas interiores o en diferentes estructuras de hormigón, permitiendo mejorar la predicción de la vida útil y/o el modelo de predicción.By calculating the resistivity values considering said stored information mentioned above, the resistivity values can be adjusted to make them comparable with resistivity values obtained in a semi-infinite concrete element, that is to say of such a dimension that its limits do not affect the values. of resistivity, thus allowing the comparability of resistivity values obtained in different interior areas or in different concrete structures, allowing to improve the prediction of the useful life and/or the prediction model.
El modelo de predicción será un modelo obtenido a partir de pruebas empíricas de laboratorio, a una determinada temperatura, típicamente a 20°C. Es por este motivo que, para poder aplicar dicho modelo de predicción sobre los datos obtenidos de la estructura de hormigón, la resistividad calculada a partir de las lecturas de resistencia eléctrica se ha ajustado para hacerla equiparable con los datos en los que se basa el modelo de predicción.The prediction model will be a model obtained from empirical laboratory tests, at a given temperature, typically 20°C. It is for this reason that, in order to Applying said prediction model on the data obtained from the concrete structure, the resistivity calculated from the electrical resistance readings has been adjusted to make it comparable with the data on which the prediction model is based.
Los valores de resistividad eléctrica se pueden calcular, alternativa o adicionalmente, considerando también al menos una información almacenada referente a la geometría de una sonda de resistencia eléctrica situada en dicha al menos una zona interior encargada de proporcionar las lecturas de resistencia eléctrica, dado que la separación, longitud y/o diámetro de los electrodos constitutivos de dicha sonda de resistencia eléctrica tiene una repercusión en los datos obtenidos.The electrical resistivity values can be calculated, alternatively or additionally, also considering at least one stored information referring to the geometry of an electrical resistance probe located in said at least one interior zone in charge of providing the electrical resistance readings, since the spacing, length and/or diameter of the electrodes constituting said electrical resistance probe has an impact on the data obtained.
Se propone también que el ajuste de los valores de resistencia eléctrica se pueda realizar para obtener unos valores comparables con unos valores de resistencia eléctrica obtenidos a una temperatura preestablecida, por ejemplo, a unos 20°C que es la temperatura típica de trabajo en los laboratorios, y/o comparables con unos valores de resistencia eléctrica obtenidos en un elemento de hormigón semi infinito.It is also proposed that the adjustment of the electrical resistance values can be carried out to obtain comparable values with electrical resistance values obtained at a pre-established temperature, for example, at about 20°C, which is the typical working temperature in laboratories. , and/or comparable with electrical resistance values obtained in a semi-infinite concrete element.
Una vez se han obtenido los valores de resistividad ajustados, se procede a aplicar un modelo de predicción que permite calcular un valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar, como por ejemplo una predicción del tiempo restante hasta el inicio de la corrosión de las armaduras de la estructura de hormigón a analizar y/o un valor de la velocidad de penetración de cloruros en la estructura de hormigón a analizar y/o un valor equivalente a un valor resultante de un ensayo ASTM C1202 ("Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration” conocido en la industria como "RCPT” por "Rapid Chloride Penetration Test”) del ASTM ("American Society for Testing and Materials”), que es un estándar de facto a nivel mundial para la caracterización de durabilidad de mezclas de hormigón, o de un ensayo equivalente de otro organismo de estandarización y/o de análisis de materiales.Once the adjusted resistivity values have been obtained, a prediction model is applied that allows calculating an indicative value of the useful life of the concrete structure to be analyzed, such as a prediction of the time remaining until the start of the corrosion of the reinforcements of the concrete structure to be analyzed and/or a value of the penetration rate of chlorides in the concrete structure to be analyzed and/or a value equivalent to a value resulting from an ASTM C1202 test ("Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration” known in the industry as "RCPT” for "Rapid Chloride Penetration Test”) of the ASTM ("American Society for Testing and Materials”), which is a de facto standard worldwide for the characterization of durability of concrete mixtures, or an equivalent test from another standardization and/or materials analysis body.
Para calcular el valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón el modelo de predicción utiliza los valores de resistividad ajustados antes mencionados y también una información almacenada referente al espesor del recubrimiento de hormigón de unas armaduras de la estructura de hormigón a analizar, y referente al ambiente de exposición de la estructura de hormigón a analizar, todos estos parámetros que tienen incidencia en la vida útil de la estructura de hormigón. To calculate the indicative value of the useful life of the concrete structure, the prediction model uses the aforementioned adjusted resistivity values and also stored information regarding the thickness of the concrete cover of some reinforcements of the concrete structure to be analyzed, and Regarding the exposure environment of the concrete structure to be analyzed, all these parameters that have an impact on the useful life of the concrete structure.
El espesor del recubrimiento tiene también incidencia en la vida útil de la estructura de hormigón, pues menores espesores de recubrimiento tienden a proteger durante menos tiempo a las armaduras frente a la corrosión.The thickness of the coating also has an impact on the useful life of the concrete structure, since smaller coating thicknesses tend to protect the reinforcement against corrosion for less time.
El ambiente de exposición tiene también un impacto en la vida útil de la estructura de hormigón. Se entiende que el ambiente de exposición son aquellos agentes ambientales agresivos al hormigón al que está expuesto estructura de hormigón, existentes en su emplazamiento, como por ejemplo agua salada, terrenos acidificados o con sulfatos, lluvia con un determinado nivel de acidez, contaminantes, o productos químicos manufacturados presentes en la zona donde se emplaza la estructura de hormigón, o el uso habitual de sal durante el invierno, junto con las características climáticas de la zona en que está emplazada la estructura (precipitaciones, humedad relativa, sumergida o al aire, etc.). La concentración de dichos productos y las condiciones climáticas tienen también un impacto en la vida útil de la estructura de hormigón, por lo que su consideración en el modelo de predicción es importante para obtener un resultado fiable.The exposure environment also has an impact on the useful life of the concrete structure. It is understood that the exposure environment is those environmental agents aggressive to the concrete to which the concrete structure is exposed, existing in its location, such as salt water, acidified or sulphate soils, rain with a certain level of acidity, pollutants, or manufactured chemical products present in the area where the concrete structure is located, or the habitual use of salt during winter, together with the climatic characteristics of the area in which the structure is located (precipitation, relative humidity, submerged or in the air, etc.). The concentration of these products and the climatic conditions also have an impact on the useful life of the concrete structure, so their consideration in the prediction model is important to obtain a reliable result.
El modelo de predicción puede considerar también una información almacenada referente a la composición del hormigón constitutivo de la estructura de hormigón a analizar, referente a la relación agua/cemento del hormigón constitutivo de la estructura de hormigón a analizar, y/o unas mediciones de potencial de corrosión de las armaduras, de penetración de cloruros, de humedad, de pH del hormigón, y/o de carbonatación del hormigón obtenidas en dicha al menos una zona interior. Todos estos son factores que también pueden tener una incidencia en la vida útil de la estructura de hormigón.The prediction model can also consider stored information regarding the composition of the concrete constituting the concrete structure to be analysed, regarding the water/cement ratio of the concrete constituting the concrete structure to be analysed, and/or potential measurements. reinforcement corrosion, chloride penetration, humidity, concrete pH, and/or concrete carbonation obtained in said at least one interior area. All these are factors that can also have an impact on the useful life of the concrete structure.
El modelo de predicción puede considerar también datos climáticos, como por ejemplo temperatura ambiente, precipitaciones, humedad relativa, viento, etc., que se obtienen de sensores o estaciones meteorológicas en la obra, o datos meteorológicos públicos de estaciones cercanas.The forecast model can also consider climatic data, such as ambient temperature, precipitation, relative humidity, wind, etc., obtained from sensors or meteorological stations on the construction site, or public meteorological data from nearby stations.
El modelo de predicción podrá contener información almacenada referente a la diferente evolución de la vida útil en estructuras de hormigón con distintas composiciones conocidas de hormigón, permitiendo así ajustar el cálculo del valor indicativo de la vida útil a la composición concreta del hormigón utilizado.The prediction model may contain stored information referring to the different evolution of the useful life in concrete structures with different known compositions of concrete, thus allowing the calculation of the indicative value of the useful life to be adjusted to the specific composition of the concrete used.
El modelo de predicción puede incluir también calcular una predicción de la evolución de la porosidad y/o de la permeabilidad al cloruro y/o de la carbonatación del hormigón de la estructura de hormigón a analizar, calculada a partir de los parámetros antes mencionados. The prediction model can also include calculating a prediction of the evolution of the porosity and/or of the permeability to chloride and/or of the carbonation of the concrete of the concrete structure to be analyzed, calculated from the aforementioned parameters.
Se propone también que el modelo de predicción pueda estar ajustado considerando unos valores de resistividad calculados a partir de unas mediciones de resistencia eléctrica de al menos una zona interior de una probeta de hormigón, con la misma composición que la estructura de hormigón a analizar, sometida a pruebas de desgaste acelerado en un laboratorio. Las lecturas obtenidas de dicha probeta de hormigón serán objeto de los mismos cálculos que las lecturas obtenidas de la estructura de hormigón, primero para obtener unos valores de resistividad ajustados, y luego para obtener unos valores indicativos de la vida útil. La vida útil observada o prevista de la probeta de hormigón puede servir para la mejora del modelo de predicción aplicado a la estructura de hormigón, obteniendo una mejor estimación de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar. El uso de la unidad sensora en probetas de hormigón se hace para caracterizar el material, ya que las probetas pueden curarse en condiciones conocidas y controladas. Las lecturas obtenidas en las probetas de hormigón y en la estructura de hormigón, para una misma composición de hormigón, puede indicar problemas de colocación o curado en obra si difieren mucho.It is also proposed that the prediction model may be adjusted considering resistivity values calculated from electrical resistance measurements of at least one interior area of a concrete specimen, with the same composition as the concrete structure to be analyzed, subjected to to accelerated wear tests in a laboratory. The readings obtained from said concrete specimen will be subject to the same calculations as the readings obtained from the concrete structure, first to obtain adjusted resistivity values, and then to obtain indicative values of the useful life. The observed or expected useful life of the concrete specimen can be used to improve the prediction model applied to the concrete structure, obtaining a better estimate of the useful life of the concrete structure to be analyzed. The use of the sensor unit in concrete specimens is made to characterize the material, since the specimens can be cured under known and controlled conditions. The readings obtained in the concrete specimens and in the concrete structure, for the same concrete composition, can indicate problems of placement or curing on site if they differ greatly.
Cuando se usa la unidad sensora en probetas se puede aplicar un factor de corrección geométrico, diferente para cada tipo de probeta y así se corrigen los resultados obtenidos frente a la estructura de hormigón, que cuando es un elemento estructural tiene dimensiones mucho mayores que las probetas, haciéndolos comparables. También se puede obtener este factor geométrico para elementos de hormigón esbeltos, por ejemplo, mediante experimentación.When the sensor unit is used in test tubes, a geometric correction factor can be applied, different for each type of test tube and thus the results obtained are corrected against the concrete structure, which when it is a structural element has much larger dimensions than the test tubes. , making them comparable. This geometric factor can also be obtained for slender concrete elements, for example, by experimentation.
Dichas probetas se pueden someter a pruebas de desgaste acelerado, usando las mediciones de resistencia eléctrica y temperatura obtenidas de la probeta para mejorar las proyecciones de corrosión de las armaduras y/o de vida útil de la estructura de hormigón.These specimens can be subjected to accelerated wear tests, using the electrical resistance and temperature measurements obtained from the specimen to improve the reinforcement corrosion projections and/or the useful life of the concrete structure.
Se entenderá que las pruebas de desgaste acelerado podrán incluir pruebas de compresión, tracción, flexión, torsión, vibración y/o aplicación de agentes agresivos como los existentes en el emplazamiento de la estructura de hormigón o con concentraciones superiores.It will be understood that the accelerated wear tests may include tests of compression, traction, bending, torsion, vibration and/or application of aggressive agents such as those existing at the location of the concrete structure or with higher concentrations.
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención concierne también a un sistema de predicción de la vida útil de una estructura de hormigón, el sistema comprendiendo, de un modo en sí conocido:According to a second aspect, the present invention also concerns a system for predicting the useful life of a concrete structure, the system comprising, in a manner known per se:
al menos una unidad sensora que integra una sonda de temperatura y una sonda de resistencia eléctrica compuesta por cuatro electrodos, protuberantes de un soporte electro-aislante, coplanares y paralelos entre sí, los cuatro electrodos siendo dos electrodos excitadores, conectados a una fuente de corriente continua, y dos electrodos medidores conectados a un medidor de potencial eléctrico;at least one sensor unit that integrates a temperature probe and an electrical resistance probe made up of four electrodes, protruding from an electro-insulating support, coplanar and parallel to each other, the four electrodes being two driving electrodes, connected to a direct current source, and two measuring electrodes connected to an electric potential meter;
un sistema de control, en conexión con la sonda de temperatura y con el medidor de potencial eléctrico.a control system, in connection with the temperature probe and with the electric potential meter.
Así pues, la unidad sensora, que es al menos una, incluirá una sonda de temperatura y otra de resistencia eléctrica compuesta típicamente por cuatro electrodos, típicamente cuatro varillas conductoras de alta durabilidad en el medio en que son colocadas (interior del hormigón), que constituyen dos circuitos eléctricos, uno de ellos conectado a una fuente de corriente continua, como una batería o una toma de corriente, a través de un primer circuito eléctrico, y dos electrodos medidores conectadas a un medidor de potencial eléctrico, como un voltímetro, a través de un segundo circuito eléctrico, estando los dos electrodos medidores y los dos electrodos excitadores paralelos, y coplanares. Preferiblemente, los dos electrodos medidores están situados entre los dos electrodos excitadores.Thus, the sensor unit, which is at least one, will include a temperature probe and an electrical resistance probe typically made up of four electrodes, typically four highly durable conductive rods in the medium in which they are placed (inside the concrete), which They constitute two electrical circuits, one of them connected to a direct current source, such as a battery or an electrical outlet, through a first electrical circuit, and two measuring electrodes connected to an electrical potential meter, such as a voltmeter, to through a second electrical circuit, the two measuring electrodes and the two driving electrodes being parallel and coplanar. Preferably, the two measurement electrodes are located between the two excitatory electrodes.
Al aplicar una corriente continua a los electrodos excitadores, entre los mismos se genera un potencial eléctrico que, entre los electrodos medidores, es medible por el medidor de potencial eléctrico.By applying a direct current to the exciting electrodes, an electric potential is generated between them, which, between the measuring electrodes, is measurable by the electric potential meter.
La presente invención propone también, de un modo no conocido en el estado de la técnica, lo siguiente:The present invention also proposes, in a way not known in the state of the art, the following:
caracterizado porquecharacterized because
dicha al menos una unidad sensora está embebida en una zona interior del hormigón constitutivo de una estructura de hormigón a analizar;said at least one sensor unit is embedded in an interior zone of the concrete constituting a concrete structure to be analyzed;
el sistema de control almacena al menos información referente a la composición del hormigón constitutivo de la estructura de hormigón a analizar, referente al espesor del recubrimiento de hormigón de unas armaduras de la estructura de hormigón a analizar, y referente al ambiente de exposición de la estructura de hormigón a analizar; y el sistema de control está configurado para implementar el método descrito anteriormente, es decir para obtener unos valores de resistividad ajustados sobre los que aplicar un modelo de predicción que proporcione un valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar considerando información almacenada referente a la geometría y composición del elemento de hormigón a analizar y a su ambiente de exposición.The control system stores at least information regarding the composition of the concrete constituting the concrete structure to be analyzed, regarding the thickness of the concrete cover of some reinforcements of the concrete structure to be analyzed, and regarding the exposure environment of the structure. of concrete to analyze; and the control system is configured to implement the method described above, that is, to obtain adjusted resistivity values on which to apply a prediction model that provides an indicative value of the useful life of the concrete structure to be analyzed considering stored information. regarding the geometry and composition of the concrete element to be analyzed and its exhibition environment.
Así pues, la unidad sensora está embebida dentro de la estructura de hormigón a analizar, quedando las sondas situadas en una zona interior de la estructura de hormigón alejada de sus superficies exteriores, con lo que fenómenos superficiales no afectarán a las lecturas obtenidas por las sondas.Thus, the sensor unit is embedded within the concrete structure to be analysed, leaving the probes located in an interior area of the concrete structure far from their outer surfaces, so surface phenomena will not affect the readings obtained by the probes.
Preferiblemente, la unidad sensora no estará situada en el recubrimiento de hormigón de las armaduras, sino que estará contenida dentro de la parte de la estructura de hormigón rodeada por las armaduras.Preferably, the sensor unit will not be located in the concrete cover of the reinforcements, but will be contained within the part of the concrete structure surrounded by the reinforcements.
Las lecturas de resistencia eléctrica obtenidas de dicha sonda de resistencia eléctrica se ajustan con la temperatura medida por la sonda de temperatura situada en esa misma zona interior y obtenida a la vez que la lectura de resistencia eléctrica, resultando en un valor de resistividad eléctrica ajustada del hormigón constitutivo de la zona interior de la estructura de hormigón a analizar.The electrical resistance readings obtained from said electrical resistance probe are adjusted with the temperature measured by the temperature probe located in that same interior zone and obtained at the same time as the electrical resistance reading, resulting in an adjusted electrical resistivity value of concrete constituting the interior area of the concrete structure to be analysed.
Dicho cálculo puede además considerar también la geometría del sensor, su posición dentro de la estructura de hormigón y de propia geometría de la estructura de hormigón a analizar en el que está embebido, especialmente las superficies exteriores de la estructura de hormigón próximas a la zona interior y cuya presencia pueden alterar las lecturas de la sonda de resistencia eléctrica.Said calculation can also consider the geometry of the sensor, its position within the concrete structure and the geometry of the concrete structure to be analyzed in which it is embedded, especially the exterior surfaces of the concrete structure close to the interior area. and whose presence can alter the readings of the electrical resistance probe.
El valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón se obtiene aplicando un modelo de predicción que utiliza los valores de resistividad ajustados y también otros valores como la composición química del hormigón constitutivo de la estructura de hormigón a analizar, referente al espesor del recubrimiento de hormigón de unas armaduras de la estructura de hormigón a analizar, y referente al ambiente de exposición de la estructura de hormigón a analizar para tal cálculo.The indicative value of the useful life of the concrete structure is obtained by applying a prediction model that uses the adjusted resistivity values and also other values such as the chemical composition of the concrete constituting the concrete structure to be analyzed, referring to the thickness of the coating. of concrete of some reinforcements of the concrete structure to be analyzed, and referring to the exposure environment of the concrete structure to be analyzed for such calculation.
El valor indicativo de la vida útil de la estructura de hormigón a analizar puede ser el tiempo restante hasta el inicio de la corrosión de las armaduras de la estructura de hormigón a analizar, un valor de la velocidad de penetración de cloruros en la estructura de hormigón a analizar y/o un valor equivalente a un valor resultante del ensayo ASTM C1202 ("Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration” conocido en la industria como "RCPT” por "Rapid Chloride Penetration Test”) del ASTM ("American Society for Testing and Materials”), preferiblemente según su versión en vigor a 2021, que ofrece un valor medido en Columbios, o de un ensayo equivalente.The indicative value of the useful life of the concrete structure to be analyzed can be the time remaining until the beginning of the corrosion of the reinforcements of the concrete structure to be analyzed, a value of the penetration rate of chlorides in the concrete structure to be analyzed and/or a value equivalent to a value resulting from the ASTM C1202 test ("Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete's Ability to Resist Chloride Ion Penetration” known in the industry as "RCPT” for "Rapid Chloride Penetration Test”) of the ASTM ("American Society for Testing and Materials"), preferably according to its version in force in 2021, which offers a value measured in Columbias, or an equivalent test.
El ensayo ASTM C1202 ("RCPT”) de la ASTM es un ensayo que, a falta de otros ensayos equivalentes de otras instituciones de prestigio equivalente, se ha convertido en un estándar a nivel mundial para este tipo de análisis de vida útil de una estructura de hormigón. The ASTM C1202 test ("RCPT") of the ASTM is a test that, in the absence of other equivalent tests from other institutions of equivalent prestige, has become a worldwide standard for this type of analysis of the useful life of a structure. of concrete.
Típicamente, la estructura de hormigón a monitorizar podrá ser un elemento de hormigón prefabricado o un elemento de hormigón fabricado in-situ, tanto de obra civil como de edificación. Algunos ejemplos de estructuras de hormigón donde se puede aplicar la presente invención son vigas, pilares, forjados, soleras, muros de contención, dovelas o segmento cilíndrico de túneles o de torre hueca por ejemplo eólicas, tramos de puente, flotadores o columnas de asiento para torres eólicas marinas o para plataformas marinas, componentes de obras hidráulicas como canales, conducciones, presas, estructuras marinas, estructuras portuarias, rompeolas, muelles, diques, etc.Typically, the concrete structure to be monitored may be a precast concrete element or a concrete element manufactured in-situ, both for civil works and for buildings. Some examples of concrete structures where the present invention can be applied are beams, pillars, floors, screeds, retaining walls, voussoirs or cylindrical tunnel segments or hollow towers, for example wind farms, bridge sections, floats or seat columns for offshore wind towers or for offshore platforms, components of hydraulic works such as canals, pipelines, dams, marine structures, port structures, breakwaters, docks, dikes, etc.
Se contempla también que la estructura de hormigón sea una probeta usada para la caracterización de hormigón en laboratorio.It is also contemplated that the concrete structure is a specimen used for laboratory characterization of concrete.
La presente invención permite una respuesta inmediata y permanente, tras el vertido del hormigón en el molde o encofrado, que facilita la toma de decisión sobre la dosificación o composición elegida, garantizando el cumplimiento de las especificaciones exigidas en proyecto.The present invention allows an immediate and permanent response, after the pouring of the concrete in the mold or formwork, which facilitates decision-making on the dosage or composition chosen, guaranteeing compliance with the specifications required in the project.
Esta invención proporciona también información sobre compactación, fraguado y curado del hormigón vertido en obra, y su correlación con el hormigón caracterizado, permitiendo confirmar el cumplimiento de las especificaciones de proyecto. Además, el cálculo y la certificación de la predicción de la vida útil de la estructura de hormigón permite mantener mejor el valor de la estructura de hormigón en el tiempo, e incentiva la mejora de la calidad de las estructuras de hormigón permitiendo certificar su mayor durabilidad, con las mejoras económicas y de impacto ambiental que ello supone.This invention also provides information on compaction, setting and curing of the concrete poured on site, and its correlation with the characterized concrete, making it possible to confirm compliance with the project specifications. In addition, the calculation and certification of the prediction of the useful life of the concrete structure makes it possible to better maintain the value of the concrete structure over time, and encourages the improvement of the quality of concrete structures by certifying their greater durability. , with the economic improvements and environmental impact that this entails.
Se contempla que una misma estructura de hormigón pueda contener múltiples unidades sensoras en diferentes ubicaciones y orientaciones, por ejemplo, en zonas traccionadas de la estructura de hormigón, en zonas comprimidas o incluso en la zona de fibra neutra, permitiendo un análisis específico de cada una de dichas zonas.It is contemplated that the same concrete structure can contain multiple sensor units in different locations and orientations, for example, in tension areas of the concrete structure, in compressed areas or even in the neutral fiber area, allowing a specific analysis of each one. of these areas.
La citada unidad sensora estará embebida dentro de la estructura de hormigón, quedando los electrodos en contacto con el hormigón, en la ubicación y orientación deseada. Dicha unidad sensora podrá situarse en cualquier posición y en cualquier orientación, dentro del hormigón, siguiendo un plan de monitoreo de la estructura de hormigón.Said sensor unit will be embedded within the concrete structure, leaving the electrodes in contact with the concrete, in the desired location and orientation. Said sensor unit may be placed in any position and in any orientation, within the concrete, following a monitoring plan for the concrete structure.
El plan de monitoreo analizará la estructura de hormigón, su geometría y sus requerimientos resistentes, para identificar aquellas zonas internas de la estructura de hormigón más representativas para la obtención de datos que permitan calcular una predicción de vida útil fiable. The monitoring plan will analyze the concrete structure, its geometry and its resistance requirements, to identify the most representative internal areas of the concrete structure to obtain data that allow calculating a reliable useful life prediction.
Por ejemplo, cuando la estructura de hormigón contenga armaduras, y/o cables de postensado o pretensado, el plan de monitoreo podrá determinar que la unidad sensora esté situada y orientada para que los electrodos queden situados dentro del espesor de hormigón de recubrimiento de las armaduras, o entre armaduras, donde las lecturas serán más representativas para determinar la potencial corrosión de las armaduras, sin embargo otras posiciones desligadas de las armaduras también se contemplan, como en la región central de la estructura de hormigón.For example, when the concrete structure contains reinforcement, and/or post-tensioning or pre-stressing cables, the monitoring plan may determine that the sensor unit is located and oriented so that the electrodes are located within the thickness of the concrete covering the reinforcements. , or between reinforcements, where the readings will be more representative to determine the potential corrosion of the reinforcements, however other positions detached from the reinforcements are also considered, such as in the central region of the concrete structure.
Combinando varias unidades sensoras situadas en diferentes posiciones dentro de la estructura de hormigón se pueden comparar las lecturas obtenidas de ellas, permitiendo detectar diferencias entre ellas que permiten una mejor predicción de la vida útil de la estructura de hormigón.By combining several sensor units located in different positions within the concrete structure, the readings obtained from them can be compared, allowing the detection of differences between them that allow a better prediction of the useful life of the concrete structure.
Por ejemplo, una diferencia detectada entre las lecturas obtenidas de las zonas traccionadas y otras regiones no traccionadas puede permitir determinar con mayor precisión la evolución de dichas zonas traccionadas.For example, a difference detected between the readings obtained from the tensioned areas and other non-tractioned regions may allow the evolution of said tensioned areas to be determined with greater precision.
Al posicionar la unidad sensora en esta posición se obtienen lecturas de la resistencia eléctrica de zonas internas definidas de la estructura de hormigón, por lo que las lecturas obtenidas son mucho más representativas del estado real de la estructura de hormigón, y por lo tanto permitiendo estimar con mucha más precisión la evolución de durabilidad y predicción de la vida útil de dicho elemento.By positioning the sensor unit in this position, readings of the electrical resistance of defined internal areas of the concrete structure are obtained, so that the readings obtained are much more representative of the real state of the concrete structure, and therefore allowing to estimate with much more precision the evolution of durability and prediction of the useful life of said element.
Las zonas más superficiales de la estructura de hormigón, es decir su superficie exterior o los primeros milímetros de profundidad, pueden presentar una porosidad diferente a la de capas más profundas de la estructura de hormigón incluso antes de sufrir un deterioro con el tiempo, por ejemplo debido a un incorrecto curando superficial, ya sea por variaciones excesivas de la temperatura superficial, por una evaporación superficial excesiva durante el curado, por un incorrecto vibrado, o por otros motivos.The most superficial areas of the concrete structure, i.e. its outer surface or the first few millimeters of depth, may present a different porosity than the deeper layers of the concrete structure even before suffering deterioration over time, for example due to incorrect surface curing, either due to excessive variations in surface temperature, excessive surface evaporation during curing, incorrect vibrating, or for other reasons.
Además, el deterioro y el incremento de la porosidad de la superficie externa de la estructura de hormigón puede ser más rápido que en capas más profundas próximas a las armaduras. Al situar el sensor embebido en zonas interiores alejadas de la superficie exterior, dentro de la estructura de hormigón, se obtienen lecturas de resistencia eléctrica y temperatura mucho más representativas de la porosidad real de la estructura de hormigón, y de su evolución en el tiempo, que los medios actuales de medición de resistencia eléctrica desde el exterior del elemento, o mediante muestras de laboratorio. In addition, the deterioration and increase in porosity of the external surface of the concrete structure can be more rapid than in deeper layers close to the reinforcement. By placing the embedded sensor in interior areas far from the exterior surface, within the concrete structure, electrical resistance and temperature readings are obtained that are much more representative of the actual porosity of the concrete structure, and its evolution over time. than current means of measuring electrical resistance from the outside of the element, or using laboratory samples.
Estas lecturas permiten, por lo tanto, que el sistema realice un cálculo de vida útil, entre otros cálculos posibles, en base a los datos de temperatura y resistencia eléctrica de diversos sensores embebidos dentro de la estructura de hormigón, y de la evolución de dichas lecturas en el tiempo.These readings therefore allow the system to perform a useful life calculation, among other possible calculations, based on temperature and electrical resistance data from various sensors embedded within the concrete structure, and on the evolution of said conditions. readings over time.
Por ejemplo, se puede obtener información de la calidad del curado del elemento comparando la resistividad de la capa de recubrimiento, deducida a partir de las lecturas de resistencia eléctrica, con la del interior, información de diferenciales y gradientes térmicos, madurez, etc. Dado que se realizan múltiples lecturas a lo largo del tiempo, por ejemplo, con cierta periodicidad preestablecida como cada hora, cada día o cada semana, se puede detectar la evolución de dichas lecturas con el tiempo, permitiendo estimar su evolución futura, por ejemplo, comparándolos con modelos empíricos o teóricos almacenados de elementos de hormigón con igual o similar composición.For example, information on the quality of the curing of the element can be obtained by comparing the resistivity of the cover layer, deduced from the electrical resistance readings, with that of the interior, information on differentials and thermal gradients, maturity, etc. Given that multiple readings are carried out over time, for example, with a certain pre-established periodicity such as every hour, every day or every week, the evolution of said readings over time can be detected, allowing to estimate their future evolution, for example, comparing them with stored empirical or theoretical models of concrete elements with the same or similar composition.
Esto permite estimar la evolución de las características que definen la durabilidad de la estructura de hormigón a partir de dichas lecturas y de dicha información almacenada.This makes it possible to estimate the evolution of the characteristics that define the durability of the concrete structure from said readings and from said stored information.
La evolución a lo largo del tiempo del hormigón que constituye el elemento de la estructura, junto con su composición y las condiciones de exposición ambiental al que está sometido, son cruciales para determinar la futura evolución de la corrosión de las armaduras y por lo tanto cual será la vida útil de la estructura de hormigón, que podrá estimarse a partir de dichas lecturas e información adicional.The evolution over time of the concrete that constitutes the element of the structure, together with its composition and the environmental exposure conditions to which it is subjected, are crucial to determine the future evolution of reinforcement corrosion and, therefore, which will be the useful life of the concrete structure, which can be estimated from said readings and additional information.
Si se incluyen múltiples unidades sensoras distribuidas por diferentes regiones de la estructura de hormigón, se puede obtener un modelo que estime la evolución de las características de durabilidad en las diferentes zonas de la estructura de hormigón, permitiendo obtener un modelo de la evolución y deterioro de todo el conjunto de la estructura de hormigón, lo que permite planificar mejor las actuaciones locales necesarias para prolongar la vida en servicio de la estructura de hormigón en su conjunto.If multiple sensor units distributed throughout different regions of the concrete structure are included, a model can be obtained that estimates the evolution of the durability characteristics in the different areas of the concrete structure, making it possible to obtain a model of the evolution and deterioration of the entire concrete structure as a whole, which makes it possible to better plan the local actions necessary to prolong the service life of the concrete structure as a whole.
Los electrodos estarán situados dentro de la estructura de hormigón, por ejemplo, entre el soporte electro-aislante y la región de la superficie exterior de la estructura de hormigón más próxima a la unidad sensora, es decir que las sondas se extenderán desde el soporte electroaislante hacia el exterior de la estructura de hormigón, midiendo la resistencia eléctrica de la capa de hormigón que reviste las armaduras.The electrodes will be located inside the concrete structure, for example, between the electrically insulating support and the region of the outer surface of the concrete structure closest to the sensor unit, that is to say, the probes will extend from the electrically insulating support. towards the outside of the concrete structure, measuring the electrical resistance of the concrete layer that covers the reinforcements.
Los cuatro electrodos pueden estar aproximadamente equidistantes a la región de la superficie exterior de la estructura de hormigón más próxima a la unidad sensora, ofreciendo una lectura más homogénea del estado del hormigón a una cierta profundidad respecto a su superficie exterior.The four electrodes can be approximately equidistant to the region of the outer surface of the concrete structure closest to the sensor unit, offering a more homogeneous reading of the state of the concrete at a certain depth with respect to its outer surface.
La información almacenada en el sistema de control puede contener también información referente a agentes ambientales agresivos al hormigón al que está expuesto estructura de hormigón, existentes en su emplazamiento, como por ejemplo agua salada, terrenos acidificados o con sulfatos, lluvia con un determinado nivel de acidez, contaminantes, o productos químicos manufacturados presentes en la zona donde se emplaza la estructura de hormigón. Dicha información podrá obtenerse, por ejemplo, mediante mediciones in-situ de la composición química del suelo, del agua, del aire y/o de la lluvia en el emplazamiento de la estructura de hormigón.The information stored in the control system may also contain information regarding aggressive environmental agents to the concrete to which the concrete structure is exposed, existing in its location, such as salt water, acidified or sulphate soils, rain with a certain level of acidity, contaminants, or manufactured chemicals present in the area where the concrete structure is located. Such information may be obtained, for example, by in-situ measurements of the chemical composition of the soil, water, air and/or rain at the site of the concrete structure.
Dicha información almacenada contiene también el espesor del recubrimiento de las armaduras, u otra información referente a la geometría de la estructura de hormigón, obtenidas mediante mediciones in-situ o del proyecto constructivo. Esta información incluye, además, la composición del hormigón, como el tipo de cemento, tipo y contenido de adiciones puzolánicas, relación agua/cemento, tamaño y composición de los áridos, etc.Said stored information also contains the thickness of the reinforcement cover, or other information referring to the geometry of the concrete structure, obtained through in-situ measurements or from the construction project. This information also includes the composition of the concrete, such as the type of cement, type and content of pozzolanic additions, water/cement ratio, size and composition of the aggregates, etc.
Se propone también que el sistema pueda incluir, como elementos independientes o integrados en el soporte electro-aislante, sensores adicionales como por ejemplo sensores de potencial de corrosión de las armaduras, sensores de penetración de cloruros, de humedad, de pH del hormigón.It is also proposed that the system may include, as independent elements or integrated into the electro-insulating support, additional sensors such as sensors for the potential for corrosion of reinforcement, chloride penetration sensors, moisture sensors, and concrete pH sensors.
Dichos sensores adicionales estarán también conectados al sistema de control, que estará configurado para utilizar también los datos obtenidos de dichos sensores adicionales en el cálculo de la proyección de la corrosión de las armaduras y/o de la proyección de vida útil de la estructura de hormigón, posiblemente mejorando la previsión y/o permitiendo alertar cuando ocurren ciertos cambios en estas lecturas.Said additional sensors will also be connected to the control system, which will be configured to also use the data obtained from said additional sensors in the calculation of the projection of the corrosion of the reinforcements and/or the projection of the useful life of the concrete structure. , possibly improving the forecast and/or allowing alerts when certain changes occur in these readings.
La citada al menos una unidad sensora puede estar conectada a una primera antena inalámbrica, y el sistema de control puede estar conectado a una segunda antena inalámbrica en comunicación con la primera antena inalámbrica.Said at least one sensor unit may be connected to a first wireless antenna, and the control system may be connected to a second wireless antenna in communication with the first wireless antenna.
Dicha primera antena podrá ser una antena por cada unidad sensora, o podrá ser una única antena compartida por múltiples unidades sensoras.Said first antenna may be one antenna for each sensor unit, or it may be a single antenna shared by multiple sensor units.
La primera antena puede también estar embebida dentro de la estructura de hormigón, por ejemplo, integrada en la sonda electro-aislante, o puede estar en su exterior, en comunicación con la o las unidades sensoras mediante cableado. The first antenna can also be embedded within the concrete structure, for example, integrated into the electro-insulating probe, or it can be outside it, in communication with the sensor unit(s) by means of wiring.
El sistema de control puede ser un sistema de control local, situado anexo a la estructura de hormigón, pero se contempla también que pueda ser un sistema de control remoto que se comunique con las unidades sensoras por medios inalámbricos, por ejemplo, a través de internet, usando dichas primera y segunda antenas.The control system can be a local control system, located attached to the concrete structure, but it is also contemplated that it can be a remote control system that communicates with the sensor units by wireless means, for example, through the Internet. , using said first and second antennas.
Según otra realización de la invención propuesta, la fuente de corriente continua y/o el medidor de potencial eléctrico pueden ser externos a la estructura de hormigón, y estar conectados con la unidad sensora a través de un cableado al menos parcialmente embebido en la estructura de hormigón.According to another embodiment of the proposed invention, the direct current source and/or the electrical potential meter can be external to the concrete structure, and be connected to the sensor unit through wiring at least partially embedded in the concrete structure. concrete.
Alternativamente, la fuente de corriente continua y/o el medidor de potencial eléctrico están integrados en la unidad sensora y embebidos en la estructura de hormigón.Alternatively, the direct current source and/or the electric potential meter are integrated in the sensor unit and embedded in the concrete structure.
El medidor de potencial eléctrico embebido podrá estar en conexión con el sistema de control, que es externa a la estructura de hormigón, de forma inalámbrica, por ejemplo, a través de dichas primera y segunda antena inalámbricas, o alternativamente podrán estar conectados mediante cableado.The embedded electrical potential meter may be in connection with the control system, which is external to the concrete structure, wirelessly, for example, through said first and second wireless antenna, or alternatively may be connected by wiring.
La fuente de corriente continua podrá ser una batería. Cuando dicha batería esté embebida en estructura de hormigón, se contempla que la unidad sensora incluya también una antena inductiva para la carga inductiva de la batería desde el exterior de la estructura de hormigón. Alternativamente, la batería podrá incluir un cableado de recarga esporádica accesible desde el exterior de la estructura de hormigón para la conexión esporádica a una fuente de corriente externa. Se contempla también que la batería no pueda ser recargada y que la unidad sensora solamente funcione hasta el agotamiento de la batería.The source of direct current may be a battery. When said battery is embedded in a concrete structure, it is contemplated that the sensor unit also includes an inductive antenna for inductive charging of the battery from outside the concrete structure. Alternatively, the battery may include sporadic recharging wiring accessible from outside the concrete structure for sporadic connection to an external current source. It is also contemplated that the battery cannot be recharged and that the sensor unit only functions until the battery is depleted.
Se propone también que el elemento electro-aislante sea macizo con los componentes electrónicos embebidos en su interior, por ejemplo, con una carcasa plástica rellena de resina epoxy, para la protección de la unidad sensora frente a impactos recibidos durante el vertido del hormigón y principalmente para la protección de dichos componentes electrónicos ante la agresividad química del hormigón en el que están embebidos.It is also proposed that the electro-insulating element be solid with the electronic components embedded inside it, for example, with a plastic casing filled with epoxy resin, for the protection of the sensor unit against impacts received during the pouring of the concrete and mainly for the protection of said electronic components against the chemical aggressiveness of the concrete in which they are embedded.
De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención propone un método de predicción de la vida útil de elementos de hormigón implementado por ordenador.According to a second aspect, the present invention proposes a computer-implemented method of predicting the useful life of concrete elements.
El citado método de predicción se implementará con un sistema como el descrito en otras partes de este documento.The aforementioned prediction method will be implemented with a system like the one described in other parts of this document.
Otras características de la invención aparecerán en la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización. Other characteristics of the invention will appear in the following detailed description of an exemplary embodiment.
Breve descripción de las figurasBrief description of the figures
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:The foregoing and other advantages and characteristics will be more fully understood from the following detailed description of an embodiment with reference to the attached drawings, which should be taken for illustrative and non-limiting purposes, in which:
la Fig. 1 muestra una sección transversal esquemática de una viga o de un pilar de hormigón armado que constituye una estructura de hormigón a analizar, dentro de la cual se incluyen dos unidades sensoras de acuerdo con una primera realización del sistema de predicción de vida útil;Fig. 1 shows a schematic cross section of a reinforced concrete beam or column constituting a concrete structure to be analyzed, within which two sensor units are included according to a first embodiment of the useful life prediction system ;
la Fig. 2 muestra lo mismo que la Fig. 1 pero de acuerdo con una segunda realización dotada de una única unidad sensora, y en la que el sistema de control se comunica con la unidad sensora a través de unas primera y segunda antenas, siendo la primera antena, la fuente de corriente eléctrica y el medidor de potencia eléctrica, externas a la estructura de hormigón; la Fig. 3 muestra lo mismo que la Fig. 2 pero en donde la primera antena inalámbrica, la fuente de corriente eléctrica y el medidor de potencia eléctrica son internas a la estructura de hormigón;Fig. 2 shows the same as Fig. 1 but according to a second embodiment provided with a single sensor unit, and in which the control system communicates with the sensor unit through first and second antennas, being the first antenna, the electrical current source and the electrical power meter, external to the concrete structure; Fig. 3 shows the same as Fig. 2 but where the first wireless antenna, the electric current source and the electric power meter are internal to the concrete structure;
la Fig. 4 muestra una vista ampliada de la unidad sensora.Fig. 4 shows an enlarged view of the sensor unit.
Descripción detallada de un ejemplo de realizaciónDetailed description of an exemplary embodiment
Las figuras adjuntas muestran ejemplos de realización con carácter ilustrativo no limitativo de la presente invención.The attached figures show illustrative, non-limiting embodiments of the present invention.
El sistema de predicción de la vida útil de una estructura de hormigón incluye una o varias unidades sensoras (10) embebidas en distintas posiciones predeterminadas, y con una orientación específica, dentro de una estructura de hormigón (1), por ejemplo, una estructura como una viga, un pilar, un puente, un edificio, etc.The system for predicting the useful life of a concrete structure includes one or more sensor units (10) embedded in different predetermined positions, and with a specific orientation, within a concrete structure (1), for example, a structure like a beam, a pillar, a bridge, a building, etc.
La unidad sensora (10) integra, en un soporte electro-aislante (11), dos electrodos excitadores (21) conectados a una fuente de corriente continua (20), dos electrodos medidores (31) conectados a un medidor de potencial eléctrico (30) y una sonda de temperatura (40). Dicha unidad sensora (10) se muestra en la Fig. 4, y puede tener un tamaño reducido, por ejemplo, inferior a diez centímetros de longitud, y con un grosor inferior a los quince milímetros. Los electrodos pueden ser también de escasa longitud, por ejemplo, con una longitud igual o inferior a los diez milímetros o incluso igual o inferior a los cinco milímetros. The sensor unit (10) integrates, in an electro-insulating support (11), two exciting electrodes (21) connected to a direct current source (20), two measurement electrodes (31) connected to an electric potential meter (30 ) and a temperature probe (40). Said sensor unit (10) is shown in Fig. 4, and can have a reduced size, for example, less than ten centimeters in length, and less than fifteen millimeters thick. The electrodes can also be of short length, for example, with a length equal to or less than ten millimeters or even equal to or less than five millimeters.
Opcionalmente la unidad sensora (10) integra también sensores de potencial de corrosión, de penetración de cloruros, de humedad, y/o de pH del hormigón, entre otros, que quedarán también en contacto estrecho con el hormigón y/o las armaduras.Optionally, the sensor unit (10) also integrates sensors for corrosion potential, chloride penetration, humidity, and/or concrete pH, among others, which will also remain in close contact with the concrete and/or reinforcement.
Las sondas de la unidad sensora, incluyendo la sonda de resistencia eléctrica conectada al medidor de potencial eléctrico (30), se conectan a un sistema de control (50) externo a la estructura de hormigón, típicamente un dispositivo de computación como un ordenador, un servidor, un teléfono inteligente, o similar, o un conjunto de dispositivos de computación en comunicación unos con otros.The sensor unit probes, including the electrical resistance probe connected to the electrical potential meter (30), are connected to a control system (50) external to the concrete structure, typically a computing device such as a computer, a server, a smartphone, or the like, or a set of computing devices in communication with each other.
La unidad sensora (10) podrá incluir, por ejemplo, dentro de la carcasa electro-aislante, una memoria para almacenar las lecturas de los sensores y del medidor de potencial eléctrico (30), permitiendo un volcado esporádico de dichos datos hasta el sistema de control (50).The sensor unit (10) may include, for example, within the electro-insulating casing, a memory to store the readings of the sensors and of the electric potential meter (30), allowing a sporadic download of said data to the system of control(50).
De acuerdo con la realización mostrada en la Fig. 1 la conexión de la unidad sensora (10) con el sistema de control (50) se realiza a través de un cable conectado a la unidad sensora (10) y que sale de la estructura de hormigón (1), permitiendo su conexión directa con el sistema de control. Dicha conexión puede ser permanente o puede ser solo ocasional, mediante un conector rápido como por ejemplo un conector USB u otro estándar equivalente de transmisión de datos.According to the embodiment shown in Fig. 1, the connection of the sensor unit (10) with the control system (50) is made through a cable connected to the sensor unit (10) and coming out of the structure of concrete (1), allowing its direct connection to the control system. Said connection can be permanent or it can be only occasional, through a fast connector such as a USB connector or another equivalent data transmission standard.
En este ejemplo, la sonda de resistencia eléctrica (30) y la fuente de corriente continua (20) son externos a la estructura de hormigón (1) y se conectan a la unidad sensora mediante cables.In this example, the electrical resistance probe (30) and the direct current source (20) are external to the concrete structure (1) and are connected to the sensor unit by cables.
En la Fig. 3 se muestra una realización alternativa según la cual la sonda de resistencia eléctrica (30) y la fuente de corriente continua (20) están también embebidas en la estructura de hormigón (1), ya sea mediante su integración dentro de la carcasa electro-conductora (11), o estando separados de la misma pero estando conectados a la unidad sensora mediante cableado, per ejemplo permitiendo posicionar dichos elementos en una ubicación más favorable, permitiendo reducir el tamaño de la unidad sensora, o permitiendo compartir dichos elementos entre varias unidades sensoras.In Fig. 3 an alternative embodiment is shown according to which the electrical resistance probe (30) and the direct current source (20) are also embedded in the concrete structure (1), either through their integration within the electro-conductive housing (11), or being separated from it but being connected to the sensor unit by wiring, for example allowing said elements to be positioned in a more favorable location, allowing the size of the sensor unit to be reduced, or allowing said elements to be shared between several sensor units.
La fuente de corriente continua (20) puede ser una toma de corriente cuando es externa a la estructura de hormigón (1), sin embargo, cuando está embebida dentro de la estructura de hormigón (1) la fuente de corriente continua será, por ejemplo, una batería. The direct current source (20) can be a power socket when it is external to the concrete structure (1), however, when it is embedded within the concrete structure (1) the direct current source will be, for example , A battery.
Dicha batería puede no ser recargable y tener una vida limitada, puede ser una batería recargable a través de un cable de recarga que sale de la estructura de hormigón (1) permitiendo la recarga esporádica de la misma, o puede ser recargable mediante una antena inductiva embebida dentro de la estructura de hormigón (1) y conectada a dicha batería, permitiendo su recarga por inducción electromagnética desde el exterior de la estructura de hormigón.Said battery may not be rechargeable and have a limited life, it may be a rechargeable battery through a recharging cable that comes out of the concrete structure (1) allowing its sporadic recharging, or it may be rechargeable by means of an inductive antenna. embedded within the concrete structure (1) and connected to said battery, allowing its recharging by electromagnetic induction from outside the concrete structure.
La conexión entre las unidades sensoras y el sistema de control puede realizarse a través de una primera antena inalámbrica (61) conectada a la unidad sensora (10) y de una segunda antena conectada al sistema de control (50), permitiendo el intercambio de información entre ambas primera y segunda antenas inalámbricas (61, 62).The connection between the sensor units and the control system can be made through a first wireless antenna (61) connected to the sensor unit (10) and a second antenna connected to the control system (50), allowing the exchange of information. between both first and second wireless antennas (61, 62).
Esto permite, por ejemplo, una recogida de datos simultánea de múltiples unidades sensoras embebidas dentro de una misma estructura de hormigón sin necesidad de complicados cableados, y permite también que el sistema de control pueda ser remoto, alejado del emplazamiento de la estructura de hormigón, obteniendo las lecturas de las unidades sensoras de forma remota, por ejemplo, a través de internet, mediante dichas primera y segunda antenas (61, 62). Esto permite también que un mismo sistema de control (50) monitorice múltiples elementos de hormigón diferentes y distanciados dotados de unidades sensoras.This allows, for example, simultaneous data collection from multiple sensor units embedded within the same concrete structure without the need for complicated wiring, and also allows the control system to be remote, away from the location of the concrete structure, obtaining the readings of the sensor units remotely, for example, through the internet, by means of said first and second antennas (61, 62). This also allows the same control system (50) to monitor multiple different and spaced concrete elements equipped with sensor units.
La primera antena (61) puede ser externa a la estructura de hormigón (1), como se muestra en la Fig. 2, pero se contempla también que pueda estar situada dentro de la estructura de hormigón (1), integrada con, o separada de, la carcasa electro-aislante (11).The first antenna (61) can be external to the concrete structure (1), as shown in Fig. 2, but it is also contemplated that it can be located inside the concrete structure (1), integrated with, or separate. of, the electro-insulating casing (11).
La Fig. 1 muestra una realización según la cual una estructura de hormigón (1), que en este caso es una sección transversal de una viga o un pilar de hormigón armado, contiene dos unidades sensoras (10) embebidas en su interior dentro del espacio rodeado por las armaduras, es decir sin coincidir con el revestimiento de las armaduras.Fig. 1 shows an embodiment according to which a concrete structure (1), which in this case is a cross section of a reinforced concrete beam or pillar, contains two sensor units (10) embedded inside it within the space surrounded by the reinforcement, that is, without coinciding with the coating of the reinforcement.
Cuando el sistema incluye el medidor de potencial eléctrico (30) y la primera antena inalámbrica (61), externos a la estructura de hormigón (1), se podrán colocar alojados en una caja fijada o encastada a la estructura de hormigón, permitiendo el acceso y mantenimiento. When the system includes the electric potential meter (30) and the first wireless antenna (61), external to the concrete structure (1), they can be placed housed in a box fixed or embedded in the concrete structure, allowing access And maintenance.
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