ES2964812T3 - Anclaje de roca con sensor para medir la tensión mecánica - Google Patents
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
La presente invención se refiere a un perno para roca (100) que tiene monitoreo de estado para determinar tensiones o deformaciones en forma de una pista conductora (104) unida al cuerpo del perno (102), cuya resistencia eléctrica cambia proporcionalmente a la tensión/deformación. La pista conductora puede estar compuesta de tintas conductoras de electricidad, que se aplican directamente sobre el cuerpo del perno mediante un proceso de impresión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Anclaje de roca con sensor para medir la tensión mecánica
Campo técnico
La presente invención se refiere a dispositivos para fijar y reforzar cuerpos (elementos de apoyo), en particular a un anclaje de roca, anclaje de apoyo, varilla de armado, un tornillo o un perno o una espiga, y a un procedimiento para fijar un objeto a un elemento de apoyo y un procedimiento para estabilizar o armar un elemento de apoyo, presentando el dispositivo una monitorización de estado para determinar una deformación. Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un dispositivo.
El documento NL 1006273 C2 da a conocer un anclaje de acero con sensores de galgas extensométricas. El anclaje de acero presenta un tubo de acero, que puede colocarse en una pared. Para ello, el anclaje de acero presenta un segmento de perforación en el extremo libre. En el tubo de acero puede colocarse una barra de soporte con varios sensores de galgas extensométricas. Unos cables conectados a los mismos pueden conducir hacia fuera en un extremo libre del anclaje de acero. En el tubo de acero puede introducirse, por ejemplo, hormigón, para fijar los sensores de galgas extensométricas al tubo de acero. A continuación, se aplica una tensión a una caja de presión a través de una tuerca, que se mide con los sensores de galgas extensométricas.
Antecedentes de la invención
Los anclajes y, en particular, los anclajes de roca se emplean en gran número en las minas y en la industria de la construcción tanto en superficie como bajo tierra para asegurar la roca (sólida o suelta) y también las estructuras (muros de contención, presas para escombros, balsas de lodos, etc.). Los anclajes se introducen en perforaciones y se anclan en los mismos. El anclaje puede producirse mediante lechada o adherencia por la longitud del anclaje, mediante fricción a lo largo de la pared de perforación o mediante anclaje mecánico en la perforación. Alternativamente, un anclaje también puede clavarse en material suelto o en material semisólido. Mediante el propio anclaje o el anclaje del anclaje en la roca (sólida o suelta) o la estructura se estabiliza internamente. Los anclajes de apoyo fijan, por ejemplo, los muros de contención a la roca que debe soportarse.
Los anclajes tienen una forma a modo de varilla y una longitud, que está adaptada al objeto que va a asegurarse (roca, estructura). Los anclajes pueden presentar longitudes de desde menos de un metro hasta 100 m y más. Los anclajes adecuados pueden estar compuestos por un material altamente resistente, normalmente acero, aunque también por plásticos, materiales compuestos o materias primas renovables como madera y bambú. Si se mueve la roca u otro material que rodee el anclaje, entonces ejerce unas fuerzas sobre el anclaje, que inducen tensiones mecánicas en el anclaje. El anclaje empieza a deformarse. De forma similar a los anclajes, el acero de armadura se introduce en el hormigón durante los trabajos de hormigonado para conferirle una mayor resistencia y, en particular, una mayor resistencia a la tracción. El hormigón reforzado de este modo se denomina hormigón armado. Si ahora actúan fuerzas sobre la estructura de hormigón armado, entonces también se transmiten a la armadura instalada, que empieza a deformarse.
Además, al fijar objetos a elementos de apoyo correspondientes (rocas o estructuras) por medio de dispositivos como tornillos, pernos o espigas se producen tensiones mecánicas, cuando los dispositivos se introducen en los elementos de apoyo, por ejemplo, atornillándolos o presionándolos. Estas tensiones mecánicas también llevan a una deformación del dispositivo.
Exposición de la invención
Un objetivo de la presente invención es monitorizar la estabilidad de una fijación entre un objeto y un elemento de apoyo o un refuerzo en sí mismo con un dispositivo.
Según un primer aspecto de la presente invención se describe un dispositivo (por ejemplo, un anclaje, anclaje de roca, anclaje de apoyo, barra de armado, tornillo o espiga) para fijar un objeto a un elemento de apoyo (por ejemplo, un edificio, o una pared de edificio o una pared de roca) y/o para estabilizar o armar el elemento de apoyo, presentando el dispositivo una monitorización de estado para determinar una tensión mecánica (que, en particular, provoca una deformación del dispositivo). El dispositivo presenta un cuerpo de fijación con un segmento de fijación para su introducción en el elemento de apoyo o para fijar el objeto al elemento de apoyo y una pista conductora, que es eléctricamente conductora y se aplica a lo largo de un trayecto en forma de banda para medir la tensión mecánica en el segmento de fijación. El cuerpo de fijación presenta un segmento de acoplamiento para acoplarse con una unidad de evaluación. La pista conductora está configurada de tal modo que puede acoplarse desde el segmento de acoplamiento con energía eléctrica de la unidad de evaluación, siendo la resistencia eléctrica de la pista conductora indicativa de la deformación del cuerpo de fijación en el segmento de fijación.
Según otro aspecto se describe un procedimiento para determinar una tensión o deformación mecánica de un dispositivo descrito anteriormente para fijar un objeto a un elemento de apoyo o para estabilizar el elemento de apoyo. Según el procedimiento se mide una resistencia eléctrica de la pista conductora, siendo la resistencia eléctrica indicativa de la tensión o deformación mecánica del cuerpo de fijación en el segmento de fijación.
Según otro aspecto se describe un procedimiento para fabricar un dispositivo para fijar un objeto a un elemento de apoyo y/o para estabilizar el elemento de apoyo. Según el procedimiento se proporciona un cuerpo de fijación con un segmento de fijación para su introducción en el elemento de apoyo. Una pista conductora eléctricamente conductora se aplica a lo largo de un trayecto en forma de banda para medir la tensión mecánica en el segmento de fijación. El cuerpo de fijación presenta un segmento de acoplamiento para acoplarse con una unidad de evaluación. La pista conductora está configurada de tal modo que puede recibir energía eléctrica desde el segmento de acoplamiento, siendo la resistencia eléctrica de la pista conductora indicativa de la deformación del cuerpo de fijación en el segmento de fijación.
Habitualmente en los dispositivos que, por ejemplo, como anclajes de apoyo refuerzan una pared de roca o como anclajes de roca o unión de tornillo/perno fijan un objeto a un elemento de apoyo, aparece con el tiempo una disminución de la tensión mecánica entre los componentes de fijación y, por tanto, un aflojamiento de la fijación o de la estabilización. Además, en particular con un movimiento del elemento de apoyo, por ejemplo, de la pared de roca 0 del muro de contención de un edificio, puede aumentar o disminuir la tensión mecánica entre el elemento de apoyo y el cuerpo de fijación del medio de fijación. Ambas cosas llevan a una deformación del cuerpo de fijación o a una rotura, lo que es indicativo de la calidad y la estabilidad de la fijación.
En este sentido, el dispositivo según la presente invención presenta una monitorización de estado de la calidad de la fijación. A este respecto, el cuerpo de fijación presenta un segmento de fijación, que en particular presenta la parte del cuerpo de fijación, que se coloca parcial o completamente en el elemento de apoyo. Por tanto, el segmento de fijación está fijado por medio de una unión de tornillo, una unión material (mediante adhesivo o cemento) o una unión a presión en una abertura del elemento de apoyo. De manera correspondiente, el segmento de fijación puede presentar, por ejemplo, un segmento roscado o similar. El cuerpo de fijación también puede colocarse completamente en el elemento de apoyo, por ejemplo moldearse en el elemento de apoyo, y el segmento de acoplamiento puede estar acoplado con la unidad de evaluación exterior mediante señalización.
Además el cuerpo de fijación presenta un segmento de acoplamiento que, por ejemplo, está configurado en el interior del cuerpo de fijación o está configurado en una zona del cuerpo de fijación, que en el estado fijado sobresale del elemento de apoyo. El segmento de acoplamiento presenta los dispositivos necesarios para alimentar energía en la pista conductora y para el intercambio de señales con el entorno. En particular, el segmento de acoplamiento es accesible y/o visible desde fuera en el estado fijado del dispositivo. Además, el segmento de acoplamiento puede presentar una parte del cuerpo de fijación, que se encuentra completamente en el elemento de apoyo y que por medio de una tecnología de conexión inalámbrica puede acoplarse con el entorno del elemento de apoyo.
Para medir la calidad de la fijación entre el dispositivo y el elemento de apoyo, en el segmento de fijación en un trayecto en forma de banda se dispone una pista conductora, que recibe energía eléctrica, en particular, desde el segmento de acoplamiento. Por la expresión “aplicar una pista conductora” se entiende, por ejemplo, que la pista conductora ya se aplica en un estado fijo (relajado o estirado) sobre el segmento de fijación (por ejemplo, se adhiere). Además, por la expresión “aplicar una pista conductora” se entiende que la pista conductora se aplica como producto semiacabado, por ejemplo, en un estado líquido, mediante un procedimiento de serigrafía, procedimiento de huecograbado o mediante un procedimiento de inyección de tinta sobre el segmento de fijación.
Además, en el propio segmento de fijación también puede preverse una fuente de energía, como por ejemplo, una batería. Del mismo modo, en el sentido de la tecnología RFID, de manera inalámbrica podría alimentarse energía “remota”. La pista conductora está compuesta por un material eléctricamente conductor o una disposición densa de partículas eléctricamente conductoras, como por ejemplo cobre, aluminio o plata. Las pistas conductoras, basándose en metal inicialmente líquido, pueden aplicarse sobre un sustrato (elastomérico). El metal líquido puede presentar una aleación metálica (eutéctica). El galinstano es, por ejemplo, una aleación eutéctica de galio, indio y estaño. Por ejemplo, la aleación puede contener una cantidad de galio mayor que la cantidad de indio o estaño. Por ejemplo, la aleación puede ser una aleación, que contenga del 65 al 86 % en peso de galio, del 5 al 22 % en peso de indio y del 1 al 11 % en peso de estaño. Además pueden utilizarse partículas de carbono conductoras, por ejemplo, nanotubos o negro de humo. En una forma de realización se aplica un precursor metálico sobre una superficie del sustrato elastomérico. El precursor metálico puede comprender una sal o solución salina de un metal (por ejemplo, plata) o un complejo de un metal. En una forma de realización, la capa de metal rígida comprende al menos un elemento (o metal) seleccionado del grupo compuesto por cobre, plata, oro y platino. Por ejemplo, se aplican pistas de metal estructuradas sobre el segmento de fijación y, a continuación, se forma galinstano sobre las pistas de metal en un baño de inmersión. Además, la pista conductora puede estar compuesta por la tinta conductora descrita más abajo. La pista conductora puede recibir energía eléctrica de tal modo que puede medirse una resistencia eléctrica de la pista conductora.
La pista conductora se fija sobre el segmento de fijación de tal modo que la pista conductora sigue las deformaciones o los movimientos correspondientes del segmento de fijación. Si el segmento de fijación se comprime, se estira o interrumpe, la pista conductora se deforma de manera correspondiente. Una deformación correspondiente de la pista conductora lleva de manera correspondiente a un cambio de la sección transversal conductora de la pista conductora y también a un cambio de la densidad de las partículas conductoras en la pista conductora, de modo que, de manera correspondiente, se produce un cambio de resistencia en la pista conductora. De manera correspondiente, un cambio de resistencia de la pista conductora es indicativo de una deformación de la propia pista conductora y de manera correspondiente del segmento de fijación.
Por ejemplo, tras la primera fijación del dispositivo al elemento de apoyo puede medirse la resistencia de la pista conductora. La resistencia medida de una fijación nueva e intacta de manera correspondiente se utiliza como base como valor teórico o valor inicial. El cambio de la resistencia se produce con la magnitud de la deformación de la pista conductora y de manera correspondiente del segmento de fijación. En última instancia, una rotura o una separación del segmento de fijación y, de manera correspondiente, de la pista conductora producen una interrupción de la conductividad de la pista conductora y, por tanto, indica una destrucción de la fijación. Por tanto, en controles rutinarios del dispositivo, puede medirse la desviación de una resistencia medida de la pista conductora con respecto al valor teórico inicial y, en caso de superar o no alcanzar un valor límite o valor determinado, puede reajustarse o sustituirse el dispositivo. Una pista conductora puede aplicarse de manera robusta y económica sobre un segmento de fijación correspondiente, de modo que con la presente invención se proporciona una monitorización de estado segura y económica para dispositivos.
Al segmento de acoplamiento puede acoplarse o fijarse una unidad de evaluación de manera separable, para medir la resistencia eléctrica de la pista conductora. A este respecto, la unidad de evaluación puede generar, por ejemplo, una señal de indicación, que proporciona información sobre la calidad de la fijación o del dispositivo. Dicho de otro modo, la unidad de evaluación analiza las resistencias medidas de la pista conductora y las compara con valores teóricos predeterminados de las resistencias. Si cambia una resistencia de la pista conductora por encima de un valor límite predeterminado, entonces la unidad de evaluación genera unas señales de indicación correspondientes. La unidad de evaluación puede ser parte integrante del propio dispositivo o acoplarse como unidad de evaluación externa al segmento de acoplamiento, para leer los datos relativos a las resistencias de la pista conductora.
El dispositivo puede configurarse, en particular, de una sola pieza, estando configurados el segmento de acoplamiento y el segmento de fijación de manera integral o monolítica. Alternativamente, el dispositivo puede estar configurado de manera modular, de modo que el segmento de fijación y el segmento de acoplamiento estén configurados separados entre sí. El segmento de fijación y el segmento de acoplamiento pueden acoplarse entre sí, por ejemplo, de manera separable. Por ejemplo, el segmento de fijación permanece en el elemento de apoyo y sólo durante los controles el segmento de acoplamiento se acopla al segmento de fijación para medir la resistencia de la pista conductora.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la pista conductora presenta un material de soporte, en el que están incrustadas partículas conductoras. El material de soporte está compuesto, por ejemplo, por un material rígido o altamente viscoso, en el que las partículas conductoras están presentes en una densidad determinada o en una disposición determinada entre sí. La densidad de las partículas conductoras determina la conductividad eléctrica y de manera correspondiente también una determinada resistencia. Un material de soporte correspondiente con partículas conductoras puede aplicarse como tinta conductora líquida o viscosa sobre la zona de fijación.
Por la expresión “tinta conductora” se entiende una combinación de materiales, que presenta un material de soporte, en el que se introducen partículas conductoras, como por ejemplo partículas de plata, aluminio o cobre y están presentes en el material de soporte. El material de soporte está compuesto, por ejemplo, por un fluido viscoso, que se endurece o evapora tras la aplicación de la tinta conductora, por ejemplo, de modo que las partículas de la propia tinta conductora se adhieran a una superficie del segmento de fijación.
Según otra forma de realización del procedimiento a modo de ejemplo, la pista conductora se fabrica a partir de una tinta eléctricamente conductora que presenta el material de soporte, que presenta partículas conductoras disueltas. La tinta eléctricamente conductora se aplica en estado líquido sobre el segmento de fijación. El material de soporte aplicado se solidifica de modo que se fija la disposición de las partículas conductoras en el material de soporte. El material de soporte puede estar presente en la tinta conductora como monómero líquido, que se polimeriza posteriormente, o como polímero. En el material de soporte líquido, las partículas conductoras están presentes de manera disuelta o como solución salina (por ejemplo, solución salina de plata). A continuación el material de soporte se solidifica, por ejemplo, mediante la adición de otro aglutinante, por medio de tratamiento térmico y/o por medio de radiación (por ejemplo, luz, luz UV) y se fija la densidad o la disposición de las partículas conductoras en el material de soporte. Como se describirá más abajo en más detalle, la tinta conductora puede aplicarse de manera eficaz y técnicamente sencilla sobre el segmento de fijación, siendo posibles diferentes trayectos de la pista conductora. En la tinta conductora, las partículas conductoras están empaquetadas tan densamente que hay una conductividad eléctrica constante entre las partículas. En caso de deformación (estiramiento, constricción o compresión) de la pista conductora, las partículas conductoras se empaquetan más densamente por zonas o se empaquetan menos densamente, con lo que de manera correspondiente se influye en la resistencia eléctrica. Basándose en esta resistencia eléctrica modificada puede determinarse el tipo y la magnitud de la deformación del segmento de fijación.
La pista conductora fabricada, por ejemplo, de tinta conductora puede estar compuesta por un material compuesto conductor, en el que una parte polimérica (material de soporte), por ejemplo, de resina sintética, es responsable de la extensibilidad, mientras que, por ejemplo las cargas/partículas conductoras percoladas permiten una transferencia eficaz de la carga. Las cargas conductoras pueden basarse en carbono (por ejemplo, grafito, carbono amorfo, nanotubos de carbono (CNT), grafeno, celulosa bacteriana pirolizada) o ser metálicas (por ejemplo, nanocables metálicos, microesquirlas, micropolvos, microfluidos y nanopartículas).
La tinta conductora, que proporciona una fuente de iones de metales de transición, un agente reductor y/o un compuesto reductor, y un polímero disuelto o un precursor de polímero polimerizable, en particular un monómero, puede dar lugar a la formación de una red percolada de nano o microestructuras metálicas o de nanopartículas metálicas incrustadas (en particular homogéneamente dispersas) en una matriz polimérica (de un polímero previamente disuelto o, en el caso de un precursor de polímero polimerizable, del polímero formado durante la polimerización) tras un tratamiento térmico in situ por reducción de los iones de metales de transición y una reacción de polimerización (en el caso de un precursor de polímero polimerizable). El espacio entre las estructuras metálicas (partículas) puede rellenarse por el polímero y contribuir a la formación de una red polimérica que une (“adhiere") estas estructuras metálicas. Del mismo modo, en el caso de un polímero disuelto, también puede rellenar el espacio entre estas estructuras metálicas. De este modo puede obtenerse un material compuesto, que también puede denominarse “nanocompuesto in situ” (ISNC), que presenta una conductividad eléctrica (en cuanto a la estructura metálica o las nanopartículas) así como una deformabilidad como la elasticidad. Flexibilidad, extensibilidad o plasticidad (en cuanto a la matriz polimérica) y que, por tanto, también puede denominarse conductor plástico o elástico. La conductividad eléctrica de los ISNC así obtenidos puede mantenerse incluso con valores de estiramiento elevados (por ejemplo, puede ser extensible hasta el 200% con una relación de resistencia relativa muy baja, definida como R /<r>0, donde R y R0 son los valores de resistencia con un nivel de estiramiento dado o la resistencia con un estiramiento del 0%, respectivamente), pero disminuye de manera monótona durante el proceso de estiramiento. Después de la liberación, la conductividad puede volver al valor original, y sólo se produce un ligero cambio después de varios ciclos de estiramiento y liberación. Además, la tinta conductora puede adherirse firmemente a la superficie del sustrato deformable tras el tratamiento térmico.
Así, las partículas metálicas (por ejemplo, partículas de plata) se mantienen en una matriz elastomérica del material de soporte y se distancian en mayor o menor medida de manera correspondiente en caso de compresión o estiramiento, de modo que se influye en la resistencia. Además, la reducción del ancho de banda durante el estiramiento es importante para el cambio de resistencia.
La pista conductora y, en particular, la pista conductora de tinta conductora puede aplicarse con un grosor de 1 |im a 100 |im (micrómetros). La tinta conductora puede aplicarse fácilmente y presenta una alta sensibilidad. En particular, la pista conductora puede aplicarse por una zona parcial del segmento de fijación o por todo el segmento de fijación.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el trayecto en forma de banda de la pista conductora se adentra en el segmento de acoplamiento de tal modo que existe una conductividad eléctrica entre la pista conductora en el segmento de acoplamiento y el segmento de fijación. Así, la pista conductora puede recibir energía desde el segmento de acoplamiento y puede leerse un cambio de resistencia correspondiente.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la pista conductora forma en el segmento de acoplamiento al menos dos contactos eléctricos, discurriendo el trayecto en forma de banda de la pista conductora desde uno de los contactos eléctricos pasando por el segmento de fijación hacia el otro contacto eléctrico. Así, la pista conductora discurre en forma de bucle desde un extremo del segmento de fijación, al que está acoplado el segmento de acoplamiento y está presente el primer contacto eléctrico, hasta un extremo opuesto del segmento de fijación y de vuelta al segundo contacto eléctrico. Así, de manera central, una fuente de tensión puede alimentar la energía eléctrica necesaria desde el segmento de acoplamiento para medir la resistencia.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el trayecto en forma de banda de la pista conductora discurre en el segmento de fijación al menos en parte de forma serpenteante. Así, una gran parte de la superficie del segmento de fijación puede cubrirse con la pista conductora, de modo que se aumenta la probabilidad de medir deformaciones locales. Además se aumenta la sensibilidad de la pista conductora. Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la anchura del trayecto en forma de banda asciende, en particular, a entre 20 |im (micrómetros) y 2500 |im, en particular a entre 25 |im y 2000 |im.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, al menos dos segmentos de banda del trayecto en forma de banda de la pista conductora presentan anchos de banda diferentes entre sí. En particular, la pista conductora puede presentar una o varias constricciones o estrechamientos en ciertos puntos del segmento de fijación. Conociendo la posición de los estrechamientos puede determinarse exactamente el lugar de la deformación con un cambio de resistencia determinado. La ubicación de los estrechamientos puede utilizarse para determinar la dirección preferida de las bandas de resistencia estrechadas de la pista conductora y, de este modo, la dependencia direccional de la sensibilidad.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, entre la superficie del segmento de fijación y la pista conductora está dispuesta una capa de aislamiento eléctricamente aislante. La capa de aislamiento presenta, en particular, un sustrato polimérico, en particular una película termoplástica y/o una película elastomérica. Así, pueden reducirse las interferencias en las mediciones de resistencia basándose en corrientes eléctricas entre la pista conductora y el segmento de fijación. El grosor de capa de la capa de aislamiento puede ascender, por ejemplo, a entre 1 |im (micrómetros) y 10000 |im, en particular 15 |im y 5000 |im.
El material del sustrato elastomérico es elástico (o flexible) y puede llevar una capa de metal rígida (o la aleación formada posteriormente) en su superficie. Por ejemplo, el material del sustrato elastomérico puede comprender al menos un material polimérico. Ejemplos adecuados para el material del sustrato elastomérico pueden ser, en particular, termoplásticos, plásticos termoendurecidos y materiales compuestos. En particular, los ejemplos adecuados del material de sustrato elastomérico comprenden poliuretanos, (met)acrilatos de poliuretano, (met)acrilatos de PEG; poliésteres como poli(tereftalato de etileno) (PET), poli(naftalato de etileno) (PEN), policarbonato (PC); polisulfonas como polietersulfona (PES); poliarilatos (<p>A<r>); olefinas policíclicas (PCO); poliimidas (PI); poliolefinas como el polietileno (PE), el polipropileno (PP); polímeros vinílicos como el poliestireno (PS), el poli(cloruro de vinilo) (PVC), el poli(metacrilato de metilo) (PMMA); poliamidas; poliéteres; policetonas como las cetonas poliéter aromáticas (por ejemplo, PEEK); polisulfuros (por ejemplo, PPS); fluoropolímeros como el poli(fluoruro de vinilideno (P (VDF), como el P (VDF-TrFE), que pueden ser especialmente adecuados cuando se utilizan para un sensor piezoeléctrico), politetrafluoroetileno (como el PTFE), etileno propileno fluorado (FEP); polímeros de cristal líquido; poliepóxidos; polisiloxanos (por ejemplo, PDMS); materiales de caucho, como caucho natural (NR), caucho natural sintético (IR), caucho de nitrilo butadieno (NBR), caucho de nitrilo butadieno carboxilado (XNBR), caucho de estireno butadieno (SBR) y otros materiales de caucho fabricados a partir de dispersiones poliméricas y caucho o látex de caucho sintético; biopolímeros o combinaciones, copolímeros y/o mezclas de los mismos. En particular, el material del sustrato elastomérico puede comprender un poliuretano termoplástico.
El sustrato elastomérico puede presentar un módulo de tracción no superior a 250 MPa, en particular no superior a 200 MPa. El límite inferior del módulo de tracción del sustrato elastomérico no está particularmente limitado, mientras el sustrato elastomérico pueda llevar una capa de metal rígida (o la aleación formada posteriormente) en su superficie. En particular, el sustrato elastomérico puede presentar un módulo de tracción no inferior a 25 MPa, en particular no inferior a 50 MPa. El módulo de tracción del sustrato elastomérico puede determinarse, por ejemplo, según la norma ISO 527-1 y 527-3.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la pista conductora está configurada de manera elástica y la pista conductora se aplica sobre el segmento de fijación en un estado estirado y pretensado. Así, en el estado inicial no deformado del segmento de fijación, la pista conductora elástica está estirada y bajo pretensión. Así, las partículas conductoras de la pista conductora en el estado inicial están, en particular, más distanciadas y una fuerza de recuperación elastomérica intenta juntar las partículas conductoras. Si ahora se comprime el segmento de fijación, debido a la fuerza de recuperación las partículas conductoras de la pista conductora se juntas más. De este modo se aumenta la conductividad de la pista conductora y de manera correspondiente se reduce la resistencia eléctrica. Así, además de estiramientos y roturas del segmento de fijación, también pueden medirse compresiones de manera mejorada. Si, en comparación, la pista conductora se aplica sin estiramiento sobre el segmento de fijación, entonces con una compresión las partículas conductoras tienen que juntarse. Sin embargo, esto se complica por ejemplo por una matriz sin estiramiento, en la que están incrustadas las partículas conductoras, de modo que incluso con una compresión importante las partículas conductoras sólo se junta ligeramente entre sí.
La pista conductora que, por ejemplo, presenta partículas conductoras incrustadas en una matriz como material de soporte, puede estirarse antes de aplicarse sobre el segmento de fijación y aplicarse sobre un sustrato o capa de aislamiento (elastomérico/a) sin estiramiento. Además, la pista conductora puede aplicarse en el estado no estirado sobre un sustrato elastomérico no estirado. A continuación, el sustrato puede estirarse junto con la pista conductora y en este estado estirado y pretensado puede aplicarse sobre el segmento de fijación.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el segmento de fijación presenta una ranura, en la que está dispuesta la pista conductora. Dicho de otro modo, la pista conductora no está dispuesta directamente sobre la superficie más exterior del segmento de fijación, sino en una superficie interna del segmento de fijación dentro de la ranura. A este respecto, la pista conductora puede fijarse a paredes laterales de la ranura o a la superficie de base de la ranura. Así, la pista conductora puede protegerse de influencias externas.
En otra configuración a modo de ejemplo, la ranura presenta en particular un destalonamiento, estando dispuesta la pista conductora en una superficie interna del destalonamiento.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la ranura está rellena de un material de sellado, presentando el material de sellado, en particular, silicona, poliuretano y/o resina de acrilato. Así, se aumenta la protección de la pista conductora frente a influencias externas.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, en el segmento de acoplamiento está dispuesto un circuito de control para controlar una corriente en la pista conductora. El circuito de control pueden formar parte, además, de la unidad de evaluación. El circuito de control controla, en particular, el aporte de energía eléctrica a la pista conductora. Además, mediante el circuito de control, la energía eléctrica puede proporcionarse, por ejemplo, de manera constante o pulsada a la pista conductora. Además, el circuito de control puede alimentar corriente continua o corriente alterna a frecuencias predeterminadas a la pista conductora.
El circuito de control puede integrarse en el segmento de acoplamiento o fijarse de manera separable. El circuito de control puede presentar, por ejemplo, componentes electrónicos, como por ejemplo relés o procesadores.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, a este respecto, el circuito de control está impreso en el segmento de acoplamiento sobre su superficie. Además, el circuito de control puede fijarse o imprimirse sobre un sustrato flexible, como por ejemplo una película autoadhesiva, pudiendo fijarse la película autoadhesiva en la zona de acoplamiento.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el circuito de control presenta un módulo de radio para transmitir señales relativas a la resistencia de la pista conductora a una unidad de evaluación externa alejada. El módulo de radio está configurado, en particular, para transmitir las señales de manera inalámbrica a una unidad de evaluación. En particular, el módulo de radio puede formar un módulo Bluetooth, un módulo de inducción o un módulo RFID, para transmitir las señales.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el cuerpo de fijación presenta en el segmento de acoplamiento un elemento de interfaz para una fuente de energía y/o para una unidad de evaluación externa. El elemento de interfaz presenta, en particular, un puerto USB, un bucle de inducción o una interfaz RFID. Así, por ejemplo, puede introducirse energía para la pista conductora de manera inductiva desde fuera en el segmento de acoplamiento. Además, pueden transmitirse las señales medidas relativas a la resistencia de la pista conductora a través de los módulos RFID. Del mismo modo, como se describió anteriormente, puede preverse un módulo de radio para transmitir señales correspondientes a través de, por ejemplo, Bluetooth u otras tecnologías de conexión inalámbricas. Además, el elemento de interfaz puede presentar además de una transmisión de señales inalámbrica también dispositivos para una transmisión de señales por cable. Así, el elemento de interfaz puede formar, por ejemplo, una conexión USB, una conexión en serie o una conexión de fibra óptica.
La unidad de evaluación externa puede representar, por ejemplo, una unidad de evaluación móvil, como por ejemplo una unidad informática móvil, por ejemplo, una tableta o un teléfono inteligente. Las señales correspondientes relativas a las resistencias de la pista conductora o su cambio de resistencia pueden transmitirse, como se describió anteriormente, de manera inalámbrica. Además, mediante interfaces normalizadas, puede establecerse una conexión por cable a la unidad de evaluación móvil. Además, las señales correspondientes también pueden transmitirse a una central de control, que de manera central y en tiempo real puede monitorizar los estados de los dispositivos individuales. De manera correspondiente, de manera sencilla y rápida puede leerse y controlarse el estado de los dispositivos.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, en el segmento de acoplamiento está dispuesta una unidad de evaluación, que está configurada para medir los cambios de resistencia de la pista conductora. En esta forma de realización a modo de ejemplo, la unidad de evaluación está integrada en el segmento de acoplamiento. La unidad de evaluación recibe las señales de las resistencias correspondientes de la pista conductora y determina, si la desviación de la resistencia eléctrica en la pista conductora se encuentra dentro de los valores límite o supera un cierto valor límite. A continuación, la unidad de evaluación puede transmitir los datos evaluados relativos al cambio de resistencia de la pista conductora a un dispositivo de control o monitorización.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, la unidad de evaluación presenta un elemento de señalización, estando configurado el elemento de señalización para, basándose en un cambio de resistencia determinado, emitir una señal de indicación, en particular una señal de indicación visual o acústica. El elemento de señalización puede representar, por ejemplo, un altavoz que emite sonido o un elemento óptico, como por ejemplo un LED, para indicar el estado del dispositivo. Si, por ejemplo, la unidad de evaluación determina que se han sobrepasado ciertos valores límite del cambio de resistencia de la pista conductora, entonces puede emitirse acústicamente una señal de alarma como señal de indicación. Además, por ejemplo, en caso de existir un cambio de resistencia de la pista conductora dentro de los valores límite puede emitirse un color de luz determinado como señal de indicación. Por ejemplo, en este caso, un LED puede iluminarse de color verde. Si se supera un valor límite del cambio de resistencia, entonces se adapta el color de luz, emitiendo por ejemplo un LED una luz roja. Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el cuerpo de fijación presenta una fuente de energía, en particular, una batería, para alimentar energía eléctrica a la pista conductora. La fuente de energía puede ser, en particular, recargable, estando previstos por ejemplo elementos fotovoltaicos adicionales. Alternativamente, una fuente de energía correspondiente puede acoplarse junto con una unidad de evaluación externa al segmento de acoplamiento para entonces suministrar energía eléctrica a la pista conductora.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el cuerpo de fijación está encapsulado al menos en parte con una capa protectora, en particular compuesta por un material de encapsulamiento o un barniz protector.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el dispositivo es un dispositivo de anclaje de roca y el cuerpo de fijación está configurado como anclaje de roca de tal modo que mediante el segmento de fijación el objeto, en particular una dovela, puede fijarse al elemento de apoyo, en particular una pared de roca o muro de contención. Además el cuerpo de fijación puede estar configurado como anclaje de apoyo, para estabilizar el elemento de apoyo, por ejemplo, una pared de roca. A este respecto, el segmento de fijación se inserta en una perforación del elemento de apoyo y se fija mediante una unión a presión o una unión material, por ejemplo, por medio de mortero o resina. Al anclaje de roca puede estar fijado, por ejemplo, un objeto que debe fijarse, como por ejemplo un revestimiento de túnel o una dovela. El segmento de acoplamiento puede ser visible y accesible desde fuera y/o también puede estar oculto y leerse mediante señalización, de modo que mediante una unidad de evaluación puedan evaluarse los cambios de la resistencia eléctrica de la pista conductora a lo largo del segmento de fijación.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el cuerpo de fijación está configurado como anclaje de apoyo de tal modo que el segmento de fijación para estabilizar el elemento de apoyo, en particular, una pared de roca o muro de contención, se introduce en el mismo. El hincado de un anclaje de apoyo o la colocación de un anclaje de apoyo en una perforación con la posterior adhesión o inyección de lechada en una pared de roca o cualquier otro muro de contención lleva a un refuerzo y a una retención. Ahora, con el anclaje de apoyo según la invención existe la posibilidad, por ejemplo de determinar movimientos de la pared de roca y, así, determinar a tiempo una inestabilidad de la misma.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el cuerpo de fijación está configurado como barra de armado de tal modo que mediante el segmento de fijación puede estabilizarse el elemento de apoyo, en particular, un elemento de hormigón. La barra de armado puede representar, por ejemplo, una barra de metal, en particular acero (acero de armadura), o una barra de una fibra sólida, en particular material de fibra de carbono, y utilizarse en un material híbrido. Por ejemplo, la barra de armado puede introducirse en una masa de hormigón para formar hormigón armado. Para ello, por ejemplo todas o sólo algunas de las barras de armado pueden configurarse según la presente invención y colocarse en una estructura, como por ejemplo, un edificio de gran altura o un puente. A continuación, de manera correspondiente puede verterse hormigón alrededor de las barras de armado. Durante la vida útil de la estructura pueden leerse las resistencias eléctricas de las barras de armado según la invención, de modo que puedan extraerse conclusiones sobre el estado estructural del hormigón armado. Así, puede realizarse una monitorización en tiempo real del estado de una estructura. A este respecto, los datos relativos a las resistencias eléctricas de las barras de armado pueden leerse de manera continua o en ciertos periodos de control. Debido a la pluralidad de barras de armado utilizadas en una estructura, así pueden generarse una pluralidad de puntos de medición en diversos puntos de medición (por ejemplo, más de 1000 puntos de medición) en una estructura, de modo que es posible una monitorización de estado exacta de la estructura.
La barra de armado presenta de manera correspondiente un segmento de fijación, rodeado por la masa de construcción o masa de hormigón. A este respecto, la pista conductora se aplica sobre el segmento de fijación y/o en una ranura o una abertura del segmento de fijación. Del mismo modo, el segmento de acoplamiento puede configurarse para una mejor protección en el interior del cuerpo de fijación de la barra de armado. En particular, el elemento de interfaz en el segmento de acoplamiento puede presentar un bucle de inducción y/o una interfaz RFID, para introducir energía para la pista conductora de manera inductiva desde fuera en el segmento de acoplamiento. Además, las señales medidas relativas a la resistencia de la pista conductora pueden transmitirse a través del elemento de interfaz (por ejemplo, que presenta un módulo RFID) de manera inalámbrica.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo, el dispositivo es un dispositivo y el cuerpo de fijación está configurado como elemento de tornillo, elemento de perno o elemento de espiga de tal modo que mediante el segmento de fijación el objeto puede fijarse al elemento de apoyo, en particular una pared de edificio.
El elemento de perno está fijado, por ejemplo, mediante un ajuste a presión en el elemento de apoyo, es decir, el otro elemento de unión, como por ejemplo una pared de edificio. Si cambia la fuerza de compresión en el ajuste a presión, por ejemplo, por una deformación del orificio receptor, en el que se fija el elemento de perno, también cambia la resistencia eléctrica en la pista conductora, de modo que puede medirse la calidad, como por ejemplo que cede la unión a presión.
En el dispositivo como elemento de tornillo, sobre la superficie del segmento de fijación puede preverse una rosca externa. A lo largo de la extensión longitudinal del elemento de tornillo, a través de los filetes de rosca, puede fresarse una ranura estrecha, en la que está presente la pista conductora. El elemento de tornillo puede enroscarse en un elemento de unión, como por ejemplo una espiga o una perforación con una rosca correspondiente. En función de la magnitud del par de giro, con el que se enrosca el elemento de tornillo en la perforación, se produce una fuerza de unión correspondiente entre los elementos de unión. Esto también lleva a una deformación correspondiente del elemento de tornillo. En caso de existir una unión de tornillo, puede medirse la medida en que cede la fuerza de unión, porque el que la fuerza de unión ceda de manera correspondiente lleva a una ligera deformación de los elementos de unión y de manera correspondiente también de la pista conductora, de modo que a su vez pueden medirse cambios de resistencia. Además, cuando se enrosca un elemento de tornillo puede comprobarse si se ha conseguido un par de giro deseado o predeterminado durante el enroscado del elemento de tornillo. Como la aplicación de un par de giro a un elemento de tornillo lleva a una deformación predeterminable del elemento de tomillo y de manera correspondiente de la pista conductora, es posible una medición correspondiente del cambio de resistencia. Además de monitorizar una unión de tomillo existente también puede comprobarse si al instalar un elemento de tornillo se ha aplicado el par de giro predeterminado.
Si el dispositivo se configura como elemento de espiga, la parte interior puede definirse como segmento de fijación y la parte más externa o exterior con respecto a una perforación puede definirse como segmento de acoplamiento. En el lado interno o en el lado externo del elemento de espiga la pista conductora puede aplicarse de manera correspondiente. Para ello, el elemento de espiga puede presentar ranuras estrechas de manera correspondiente, en las que están previstas unas pistas conductoras correspondientes. Si ahora se clava un medio de fijación, como por ejemplo un tornillo o un perno, en la espiga, entonces se expande el segmento de fijación del elemento de espiga y de manera correspondiente la pista conductora. Esto conduce de nuevo a un cambio de resistencia medible, que es indicativo de la calidad de la fijación de la espiga con el elemento de fijación.
Según otra forma de realización a modo de ejemplo del procedimiento, la tinta conductora se aplica mediante un procedimiento de serigrafía, procedimiento de huecograbado o mediante un procedimiento de inyección de tinta sobre el segmento de fijación.
Mediante un procedimiento de impresión, como por ejemplo mediante serigrafía o impresión por chorro de tinta, la tinta conductora se aplica sobre sustratos poliméricos, como por ejemplo una película termoplástica o película elastomérica, con un grosor de capa entre 1 |im (micrómetro) y 10000 |im, preferiblemente entre 25 |im y 5000 |im. A este respecto, se forma una pista conductora como sensor de estiramiento, cuya longitud impresa está adaptada al segmento de fijación (anclaje, tornillo o espiga). Los sensores de estiramiento disponen de contactos finales impresos (para su conexión con un circuito electrónico). Opcionalmente también se imprime un circuito electrónico adecuado (unidad de evaluación) para captar por medición el cambio de resistencia de la pista conductora o los sensores de estiramiento. Los sensores de estiramiento fabricados de este modo se encapsulan (mediante laminación o mediante aplicación de un barniz protector). A continuación los sensores de estiramiento se pegan en una ranura fresada en el segmento de fijación, por ejemplo, un anclaje, se guían hacia el segmento de acoplamiento (por ejemplo, la cabeza de anclaje o la cabeza de tornillo) y se conectan a una electrónica en el segmento de acoplamiento.
Un material de sellado (preferiblemente a base de polímeros, por ejemplo silicona, poliuretano o una resina de acrilato) se aplica sobre el sensor de estiramiento pegado (pista conductora) como protección y, dado el caso, se cura.
La fabricación de los sensores de estiramiento laminados (pistas conductoras) se produce sobre el sustrato prácticamente de manera continua con las longitudes establecidas en cada caso. A continuación se enrollan los sensores de estiramiento laminados. En una etapa de fabricación adicional se desenrollan los sensores de estiramiento y se pegan en la ranura de anclaje. De manera correspondiente, según otra forma de realización a modo de ejemplo del procedimiento se describe que la pista conductora está presente en un sustrato, incluyendo la aplicación de una pista conductora a lo largo del trayecto en forma de banda pegar el sustrato sobre el segmento de fijación.
Alternativamente a la impresión de la tinta eléctricamente conductora sobre un sustrato polimérico y la laminación posterior, en una primera etapa inicialmente puede aplicarse un sustrato polimérico directamente sobre el anclaje (por ejemplo, mediante impresión, recubrimiento en fase líquida, u otro procedimiento), a continuación, en una segunda etapa puede aplicarse la tinta conductora, en una tercera etapa se produce el encapsulamiento directamente sobre el anclaje, en una cuarta etapa se produce la aplicación de una capa protectora y en una quinta etapa se produce la conexión de la electrónica (mediante impresión o de manera electrotécnica).
Con los procedimientos mencionados de impresión y recubrimiento pueden estar asociadas etapas de curado y reticulación térmicas o iniciadas por radiación (por ejemplo, con luz UV).
A continuación, se describirá la instalación y el funcionamiento del dispositivo como anclaje de roca. El anclaje se introduce en la roca o la estructura y se ancla. El anclaje tiene inmediatamente tras el anclaje un “estado de tensión cero”. Si a la cabeza de anclaje está conectado un diodo, se ilumina en verde. Alternativamente, el “estado de tensión cero” se transmite por una electrónica de manera inalámbrica.
Si la roca u otro material que rodea el anclaje, comienza a moverse y ello hace que el anclaje se someta a tracción o cizallamiento, entonces cambia el estado de tensión en el anclaje en comparación con el estado de tensión “cero”. Este cambio del estado de tensión también actúa sobre el sensor de estiramiento de tinta conductora, que se ha pegado en la ranura de anclaje o se ha impreso directamente sobre el anclaje. La tinta conductora cambia su resistencia. Este cambio de resistencia se transmite a la electrónica conectada y ésta lo indica en la cabeza de anclaje a través del circuito electrónico en forma de cambio en el color de la luz o se transmite de manera inalámbrica a un sistema como valor de medición. El cambio de color se ajusta de manera proporcional al aumento de la tensión en el anclaje.
Si el anclaje se desgarra o rompe, la resistencia del sensor de estiramiento salta a un valor infinitamente alto. También esto se indica directamente en forma de cambio en el color de la luz o de una fuente luminosa intermitente o de una señal acústica o de una señal de otro tipo.
La tinta eléctricamente conductora para la fabricación de un sensor de estiramiento se aplica en una ranura de anclaje o se imprime sobre el anclaje. Con la presente invención, por primera vez, se describe el uso de una tinta eléctricamente conductora sobre anclajes para medir las deformaciones de los anclajes y también el tipo de aplicación y visualización del estiramiento en la cabeza de anclaje. Esto comprende la traducción electrónica del cambio en el estiramiento en un código de colores y la activación de una señal acústica en caso de rotura del anclaje. Los sensores de estiramiento basados en elastómeros que se basan en una tinta conductora son muy sensibles con respecto a los estiramientos reducidos. Esto es muy ventajoso cuando se aplica en el dispositivo o el anclaje. Otra ventaja esencial y disruptiva radica en los bajos costes de la aplicación de sensores de estiramiento a base de tinta conductora sobre anclajes. Los sensores de estiramiento están compuestos únicamente por una línea conductora (tinta conductora), que en ciertos puntos puede presentar estrechamientos. La ubicación de los estrechamientos o la dirección preferida de las bandas de resistencia estrechadas puede determinar la dependencia direccional de la sensibilidad.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, como explicación adicional y para un mayor entendimiento de la presente invención se describirán en más detalle ejemplos de realización haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:
La figura 1, una representación esquemática de un dispositivo como anclaje de roca, que se fija en una pared de roca, según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 2, una representación esquemática de un dispositivo como anclaje de roca de la figura 1.
La figura 3, una representación esquemática de un trayecto de una pista conductora según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 4, una representación esquemática de un trayecto serpenteante de una pista conductora según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 5, una representación esquemática de una pista conductora rodeada por un sustrato según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 6, una representación esquemática de una pista conductora con una constricción según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 7, una representación esquemática de un segmento de acoplamiento con un elemento de interfaz según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 8, una representación en sección esquemática de un segmento de fijación con una ranura según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 9, una representación en sección esquemática de un segmento de acoplamiento con una ranura según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 10, una representación en sección esquemática de un segmento de acoplamiento con una ranura, en la que está dispuesta una unidad de evaluación, según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 11 una representación esquemática de un dispositivo como dispositivo de tornillo según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 12, una representación esquemática de un dispositivo como barra de armado según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención.
Descripción detallada de formas de realización a modo de ejemplo
Los componentes iguales o similares en las diferentes figuras están dotados de los mismos números de referencia. Las representaciones en las figuras son esquemáticas.
Las figuras 1 y 2 muestran un dispositivo como anclaje de roca 100, que está fijado en una pared de roca como elemento de apoyo 160. El dispositivo 100 refuerza o fija, en particular, una superficie rocosa o una superficie rocosa sellada con una rejilla u hormigón proyectado o una dovela como objeto 150, presentando el dispositivo 100 una monitorización de estado para determinar una deformación. El dispositivo 100 presenta un cuerpo de fijación 101 con un segmento de fijación 102 para su introducción en el elemento de apoyo 160 y una pista conductora 104, que es eléctricamente conductora y se aplica a lo largo de un trayecto en forma de banda para medir la tensión mecánica en el segmento de fijación 102. El cuerpo de fijación 101 presenta un segmento de acoplamiento 103 para acoplarse con una unidad de evaluación 105.
La pista conductora 104 está configurada de tal modo que puede recibir energía eléctrica desde el segmento de acoplamiento 103, siendo la resistencia eléctrica de la pista conductora 104 indicativa de la deformación del cuerpo de fijación 101 en el segmento de fijación 102.
El dispositivo presenta una monitorización de estado de la calidad de la fijación, en particular, entre la dovela como objeto 150 que debe fijarse y la pared de roca como elemento de apoyo 160. A este respecto, el cuerpo de fijación presenta un segmento de fijación 102, que en particular presenta la parte del cuerpo de fijación 101, que se coloca parcial o completamente en el elemento de apoyo 160. El segmento de fijación 102 está fijado además con una unión material, como en este caso por media de una lechada 151, en una abertura del elemento de apoyo 160. Además, el dispositivo puede presentar una placa de fijación 106, que presiona el objeto 150 contra el elemento de apoyo 160.
Además el cuerpo de fijación 101 presenta un segmento de acoplamiento 103, que está configurado en una zona del cuerpo de fijación 101, que en el estado fijado sobresale del elemento de apoyo 160. En particular, en el estado fijado del dispositivo, el segmento de acoplamiento 103 es accesible y/o visible desde fuera.
Para medir la calidad de la fijación entre el dispositivo y el elemento de apoyo 160, en el segmento de fijación 102 en un trayecto en forma de banda se dispone una pista conductora 104, que recibe energía eléctrica, en particular desde el segmento de acoplamiento 102. La pista conductora 104 se alimenta con energía eléctrica de tal modo que puede medirse una resistencia eléctrica de la pista conductora 104.
La pista conductora 104 está fijada sobre el segmento de fijación de tal modo que la pista conductora sigue las deformaciones o los movimientos correspondientes del segmento de fijación 102. Si el segmento de fijación 102 se comprime, se estira o interrumpe, la pista conductora 104 se deforma de manera correspondiente. Un cambio de resistencia de la pista conductora 104 es indicativo de una deformación de la propia pista conductora 104 y, de manera correspondiente, del segmento de fijación 103.
Por ejemplo, tras la primera fijación del dispositivo al elemento de apoyo 160 puede medirse la resistencia de la pista conductora 104. La resistencia medida de una fijación nueva e intacta de manera correspondiente se utiliza como base como valor teórico o valor inicial. El cambio de la resistencia se produce con la magnitud de la deformación de la pista conductora 100 y de manera correspondiente del segmento de fijación 102. En última instancia, una rotura o una separación del segmento de fijación y, de manera correspondiente, de la pista conductora 104 produce una interrupción de la conductividad de la pista conductora 104 y, por tanto, indica una destrucción de la fijación.
Al segmento de acoplamiento 103 puede acoplarse o fijarse una unidad de evaluación 105 de manera separable, para medir y evaluar la resistencia eléctrica de la pista conductora. A este respecto, la unidad de evaluación 105 puede generar, por ejemplo, una señal de indicación, que proporciona información sobre la calidad de la fijación o del dispositivo.
El dispositivo, representado en el presente ejemplo como anclaje o dispositivo de anclaje de roca 100, puede configurarse en particular de una sola pieza, estando configurados el segmento de acoplamiento 103 y el segmento de fijación 102 de manera integral o monolítica. Alternativamente, el dispositivo puede estar configurado de manera modular, de modo que el segmento de fijación 102 y el segmento de acoplamiento 103 estén configurados separados entre sí. El segmento de fijación 102 y el segmento de acoplamiento pueden acoplarse entre sí, por ejemplo, de manera separable. Por ejemplo, el segmento de fijación 102 permanece en el elemento de apoyo 160 y sólo durante los controles el segmento de acoplamiento 103 se acopla al segmento de fijación 102 para medir la resistencia de la pista conductora 104. La pista conductora 104 está realizada en particular de tinta conductora. Como se representa en el ejemplo de realización en la figura 1, el trayecto en forma de banda de la pista conductora 104 se adentra en el segmento de acoplamiento 102 de tal modo que existe una conductividad eléctrica entre la pista conductora 104 en el segmento de acoplamiento 103 y el segmento de fijación 102. Así, la pista conductora 104 puede recibir energía desde el segmento de acoplamiento 103 y puede leerse un cambio de resistencia correspondiente.
El cuerpo de fijación 102 está encapsulado al menos en parte con una capa protectora, en particular compuesta por un material de encapsulamiento o un barniz protector.
La figura 3 muestra una representación esquemática de un trayecto de una pista conductora 104. La pista conductora 104 forma en el segmento de acoplamiento al menos dos contactos 301, 302 eléctricos, discurriendo el trayecto en forma de banda de la pista conductora 104 desde uno de los contactos 301 eléctricos pasando por el segmento de fijación hacia el otro contacto 302 eléctrico. Así, la pista conductora 104 discurre en forma de bucle desde un extremo del segmento de fijación 102, al que está acoplado el segmento de acoplamiento 103 y está presente el primer contacto 301 eléctrico, hasta un extremo opuesto del segmento de fijación 102 y de vuelta al segundo contacto 302 eléctrico. Así, de manera central, una fuente de tensión o circuito de control 901 (véase la figura 9) puede alimentar la energía eléctrica necesaria desde el segmento de acoplamiento 103 para medir la resistencia.
La figura 4 es una representación esquemática de un trayecto serpenteante de una pista conductora 104 entre los contactos 301, 302 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. Así, una gran parte de la superficie del segmento de fijación 102 puede cubrirse con la pista conductora 104, de modo que se aumenta la probabilidad de medir deformaciones locales.
En particular los sensores de estiramiento impresos a base de tinta conductora (pistas conductoras 104) pueden aplicarse de manera correspondiente tanto en forma de líneas (véase la figura 3) como de manera serpenteante (véase la figura 4).
La anchura del trayecto en forma de banda de una pista conductora 104 puede ascender, en particular, a entre 20 |im (micrómetros) y 2500 |im, en particular a entre 25 |im y 2000 |im.
La figura 5 muestra una representación esquemática de una pista conductora 104 en un sustrato 501 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. La aplicación de una pista conductora 104 a lo largo del trayecto en forma de banda puede producirse pegando el sustrato 501 sobre el segmento de fijación 102. La figura 6 muestra una representación esquemática de una pista conductora 104 con una constricción o un estrechamiento 601. Al menos dos segmentos de banda del trayecto en forma de banda de la pista conductora 104 presentan diferentes anchos de banda b1, b2 entre sí. En particular, la pista conductora puede presentar una construcción o un estrechamiento 601 o varios de éstos en ciertos puntos del segmento de fijación 103. Conociendo la posición del estrechamiento 601 puede determinarse exactamente el lugar de la deformación con un cambio de resistencia determinado. La ubicación de los estrechamientos puede determinar la dirección preferida de las bandas de resistencia estrechadas de la pista conductora y, de este modo, la dependencia direccional de la sensibilidad. La figura 7 muestra una representación esquemática de un segmento de acoplamiento 103 con un elemento de interfaz 701. El elemento de interfaz 701 está configurado para un acoplamiento de una fuente de energía y/o para una unidad de evaluación 105. El elemento de interfaz presenta en particular un puerto USB, un bucle de inducción o una interfaz RFID. Así, por ejemplo, puede introducirse energía para la pista conductora 104 de manera inductiva desde fuera en el segmento de acoplamiento 103. Además, pueden transmitirse las señales medidas relativas a la resistencia de la pista conductora a través del elemento de interfaz (por ejemplo, que presenta un módulo RFID). La figura 8 muestra una representación en sección esquemática de un segmento de fijación 102 con una ranura 802. La pista conductora 104 está dispuesta en la ranura 802. A este respecto, la pista conductora puede fijarse a las paredes laterales de la ranura 802 o a la superficie de base de la ranura 802. Así, la pista conductora 104 puede protegerse de influencias externas.
Entre la superficie del segmento de fijación 102 y la pista conductora 104 está dispuesta una capa de aislamiento 801 eléctricamente aislante. El grosor de capa de la capa de aislamiento 801 puede ascender, por ejemplo, a entre 1 |im (micrómetro) y 10000 |im, en particular 15 |im y 5000 |im.
Además, la ranura 802 está rellena de un material de sellado 803, presentando el material de sellado 803, en particular, silicona, poliuretano y/o resina de acrilato. Así, se aumenta la protección de la pista conductora frente a influencias externas.
La figura 9 muestra una representación en sección esquemática de un segmento de acoplamiento 103 con una ranura 802. En el segmento de acoplamiento 103 está dispuesto un circuito de control 901 para controlar la corriente en la pista conductora 104. El circuito de control 104 también puede formar parte de la unidad de evaluación 105. El circuito de control 901 controla en particular el aporte de energía eléctrica a la pista conductora 104. El circuito de control 104 está integrado en el segmento de acoplamiento 103. El circuito de control 901 puede presentar, por ejemplo, componentes electrónicos, como por ejemplo relés o procesadores. En particular, el circuito de control 901 puede imprimirse sobre la superficie en la ranura 802. El circuito de control presenta además un módulo de radio 902 para transmitir señales relativas a la resistencia de la pista conductora 104 a una unidad de evaluación 105 alejada. El módulo de radio 902 está configurado, en particular, para transmitir las señales de manera inalámbrica a una unidad de evaluación 105. En particular, el módulo de radio 902 puede formar un módulo Bluetooth, un módulo de inducción o un módulo RFID, para transmitir las señales. Además, en el segmento de acoplamiento 103 también puede preverse una fuente de energía 903, como por ejemplo una batería.
La figura 10 muestra una representación en sección esquemática de un segmento de acoplamiento 103 con una ranura 802, en la que está dispuesta una unidad de evaluación 105. La unidad de evaluación 105 está configurada para medir los cambios de resistencia de la pista conductora. En el ejemplo de realización en la figura 10, la unidad de evaluación 105 está integrada en el segmento de acoplamiento 103. La unidad de evaluación 105 recibe las señales de las resistencias correspondientes de la pista conductora 104 y determina, si la desviación de la resistencia eléctrica en la pista conductora 104 se encuentra dentro de los valores límite o supera un cierto valor límite. A continuación, la unidad de evaluación 105 puede transmitir los datos evaluados relativos al cambio de resistencia de la pista conductora 104 a un dispositivo de monitorización.
La unidad de evaluación 105 presenta, por ejemplo, un elemento de señalización 1001, estando configurado el elemento de señalización 1001 para, basándose en un cambio de resistencia determinado, emitir una señal de indicación, en particular una señal de indicación visual o acústica. El elemento de señalización 1001 puede representar, por ejemplo, un altavoz que emite sonido o un elemento óptico, como por ejemplo un LED, para indicar el estado del dispositivo 100, 1100. Si, por ejemplo, la unidad de evaluación 105 determina que se han sobrepasado ciertos valores límite del cambio de resistencia de la pista conductora 104, entonces puede emitirse acústicamente una señal de alarma como señal de indicación. Además, por ejemplo, en caso de existir un cambio de resistencia de la pista conductora 104 dentro de los valores límite, un LED puede iluminarse de color verde. Si se supera un valor límite del cambio de resistencia, entonces se adapta el color de luz, iluminándose por ejemplo un LED de color amarillo o con luz roja.
Además, en el cuerpo de fijación 101, en particular en el segmento de acoplamiento 102, está prevista una fuente de energía 903, en particular una batería, para alimentar energía eléctrica a la pista conductora, el circuito de control 901 y la unidad de evaluación 105, en caso de que esté integrada en el cuerpo de fijación 101.
La figura 11 muestra una representación esquemática de un dispositivo como elemento de tornillo o elemento de perno 1100.
El elemento de tornillo 1100 está fijado en el elemento de apoyo 160, por ejemplo, mediante un ajuste a presión. El elemento de tornillo 1100 presenta una cabeza de tornillo 1102 y un vástago 1103. El vástago 1103 forma el segmento de fijación 102 y la cabeza de tornillo 1102 forma el segmento de acoplamiento 103. La pista conductora 104 discurre al menos a lo largo del vástago 1103. A través de una conexión conductora se forman los contactos 301, 302 correspondientes en el segmento de acoplamiento 103. La alimentación de energía eléctrica a la pista conductora 104 se controla mediante el circuito de control 901. A través de un módulo de radio 902 pueden transmitirse señales de control correspondientes de manera inalámbrica al circuito de control 901. Además, las señales relativas a la medición de resistencia se transmiten mediante el módulo de radio 902 a, por ejemplo, una unidad de evaluación 105 externa.
Además, la cabeza de tornillo 1102 puede presentar un alojamiento de herramienta 1101, en el que puede encajar una herramienta correspondiente, como por ejemplo un destornillador. Al mismo tiempo, por ejemplo, a través del alojamiento de herramienta 1101 puede acoplarse energía eléctrica para suministrar energía eléctrica al circuito de control 901.
Además, en el elemento de tornillo 1100 sobre la superficie del segmento de fijación 102 puede preverse una rosca 1104. A lo largo de la extensión longitudinal del elemento de tornillo 1100, a través de los filetes de rosca de la rosca 1104 puede fresarse una ranura estrecha, en la que está presente la pista conductora 104.
La figura 12 muestra una representación esquemática de un dispositivo como barra de armado 1200 según una forma de realización a modo de ejemplo de la presente invención. El segmento de fijación 102 de la barra de armado 1200 estabiliza el elemento de apoyo, por ejemplo un elemento de hormigón 1201. La barra de armado 1200 forma una barra metálica, fundida a partir de un material de hormigón 1201. De este modo se obtiene hormigón armado, que preferiblemente se utiliza en estructuras. Durante la vida útil de la estructura pueden leerse las resistencias eléctricas de las barras de armado 1200 según la invención, de modo que puedan extraerse conclusiones sobre el estado estructural del hormigón armado. Así, puede realizarse una monitorización en tiempo real del estado de una estructura. A este respecto, los datos relativos a las resistencias eléctricas de las barras de armado 1200 pueden leerse de manera continua o en ciertos periodos de control.
La barra de armado 1200 presenta de manera correspondiente un segmento de fijación, rodeado por la masa de construcción o masa de hormigón 1201. A este respecto, la pista conductora se aplica sobre el segmento de fijación 1204 y/o en una ranura 802 o una abertura del segmento de fijación 102. Del mismo modo, el segmento de acoplamiento 103 puede formarse para una mejor protección en el interior del cuerpo de fijación 101 de la barra de armado 1200. En particular, el elemento de interfaz presenta en el segmento de acoplamiento 103 un bucle de inducción y/o una interfaz RFID, para introducir energía para la pista conductora 104 de manera inductiva desde fuera en el segmento de acoplamiento 103.
Adicionalmente cabe indicar que el término “comprender” no excluye ningún otro elemento o etapa y que “un” o “una” no excluyen una pluralidad.
Además, debe tenerse en cuenta que las características o etapas descritas con referencia a uno de los ejemplos de realización anteriores también pueden utilizarse en combinación con otras características o etapas de otros ejemplos de realización descritos anteriormente. Los números de referencia en las reivindicaciones no deben considerarse una limitación.
Lista de números de referencia
100 dispositivo, dispositivo de anclaje de roca 1100 dispositivo, elemento de tornillo 101 cuerpo de fijación 1101 alojamiento de herramienta
102 segmento de fijación 1102 cabeza de tornillo
103 segmento de acoplamiento 1103 vástago
104 pistas conductoras 1200 dispositivo, barra de armado 105 unidad de evaluación 1201 masa de moldeo, hormigón
106 placa de fijación 1202 pared de edificio
150 objeto
151 mortero
160 elemento de apoyo
301 primer contacto
302 segundo contacto
501 sustrato
601 constricción
701 elemento de interfaz
801 capa de aislamiento
802 ranura
803 material de sellado
901 circuito de control
902 módulo de radio
903 fuente de energía
1001 elemento de señalización
Claims (15)
1. Dispositivo (100, 1100, 1200) para fijar un objeto (150) a un elemento de apoyo (160) y/o para estabilizar el elemento de apoyo (160), presentando el dispositivo (100, 1100, 1200) una monitorización de estado para determinar una deformación, presentando el dispositivo (100, 1100)
un cuerpo de fijación (101) con un segmento de fijación (102) para su introducción en el elemento de apoyo (160), una pista conductora (104), que es eléctricamente conductora y se aplica a lo largo de un trayecto en forma de banda para medir la tensión mecánica en el segmento de fijación (102),
presentando el cuerpo de fijación (101) un segmento de acoplamiento (103) para acoplarse con una unidad de evaluación (105),
estando configurada la pista conductora (104) de tal modo que puede recibir energía eléctrica desde el segmento de acoplamiento (103),
siendo la resistencia eléctrica de la pista conductora (104) indicativa de la deformación del cuerpo de fijación (101) en el segmento de fijación (102),
adentrándose el trayecto en forma de banda de la pista conductora (104) en el segmento de acoplamiento (103) de tal modo que existe una conductividad eléctrica entre la pista conductora (104) en el segmento de acoplamiento (103) y el segmento de fijación (102).
2. Dispositivo (100, 1100, 1200) según la reivindicación 1, presentando la pista conductora (104) un material de soporte, en el que están incrustadas partículas conductoras.
3. Dispositivo (100, 1100, 1200) según la reivindicación 1 o 2,
formando la pista conductora (104) en el segmento de acoplamiento (103) al menos dos contactos (301, 302) eléctricos,
discurriendo el trayecto en forma de banda de la pista conductora (104) desde uno de los contactos (301) eléctricos pasando por el segmento de fijación (102) hacia el otro contacto (302) eléctrico.
4. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 3,
discurriendo el trayecto en forma de banda de la pista conductora (104) en el segmento de fijación (102) al menos en parte de forma serpenteante, y/o
ascendiendo la anchura del trayecto en forma de banda en particular a entre 20 |im y 2500 |im, en particular entre 25 |im y 2000 |im, y/o
presentando al menos dos segmentos de banda del trayecto en forma de banda unos anchos de banda diferentes entre sí, y/o
estando dispuesta entre la superficie del segmento de fijación (102) y la pista conductora (104) una capa de aislamiento (801) eléctricamente aislante,
presentando la capa de aislamiento (801) en particular un sustrato polimérico, en particular una película termoplástica y/o película elastomérica, y/o
estando configurada la pista conductora (104) de manera elástica y aplicándose la pista conductora (104) en un estado estirado y pretensado sobre el segmento de fijación (102).
5. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 4,
presentando el segmento de fijación (102) una ranura (802), en la que está dispuesta la pista conductora (104), estando rellena en particular la ranura (802) con material de sellado (803),
presentando el material de sellado (803) en particular silicona, poliuretano y/o resina de acrilato.
6. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 5,
estando dispuesto en el segmento de acoplamiento (103) un circuito de control (901) para controlar la corriente en la pista conductora (104),
estando impreso en particular el circuito de control (901) en el segmento de acoplamiento (103) sobre su superficie, y/o
presentando el circuito de control (901) un módulo de radio (902) para transmitir señales relativas a la resistencia de la pista conductora (104) a una unidad de evaluación (105) alejada.
7. Dispositivo (100, 1100, 1200) según la reivindicación 6,
presentando el cuerpo de fijación (101) en el segmento de acoplamiento (103) un elemento de interfaz (701) para una fuente de energía (903) y/o para una unidad de evaluación (105),
presentando el elemento de interfaz (701) en particular un puerto USB, un bucle de inducción o una interfaz RFID.
8. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 7,
estando dispuesta en la zona de acoplamiento una unidad de evaluación (105), que está configurada para medir los cambios de resistencia de la pista conductora (104),
presentando en particular la unidad de evaluación (105) un elemento de señalización (1001),
estando configurado el elemento de señalización (1001) para, basándose en un cambio de resistencia determinado, emitir una señal de indicación, en particular una señal de indicación visual o acústica.
9. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 8,
presentando el cuerpo de fijación (101) una fuente de energía (903), en particular una batería, para alimentar energía eléctrica a la pista conductora (104), y/o
estando encapsulado el cuerpo de fijación (101) al menos en parte con una capa protectora, en particular compuesta por un material de encapsulamiento o un barniz protector, y/o
estando configurado el cuerpo de fijación (101) como anclaje de roca de tal modo que mediante el segmento de fijación (102) el objeto (150), en particular una dovela, puede fijarse al elemento de apoyo (160), en particular una pared de roca o muro de contención, o
estando configurado el cuerpo de fijación (101) como anclaje de apoyo de tal modo que el segmento de fijación (102) para estabilizar el elemento de apoyo (160), en particular una pared de roca o muro de contención, se inserta en el mismo.
10. Dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 9,
estando configurado el cuerpo de fijación (101) como barra de armado de tal modo que mediante el segmento de fijación (102) puede estabilizarse el elemento de apoyo, en particular un elemento de hormigón, y/o
estando configurado el cuerpo de fijación (101) como elemento de tornillo, elemento de perno o elemento de espiga de tal modo que mediante el segmento de fijación (102) puede fijarse el objeto (150), al elemento de apoyo (160), en particular una pared de edificio.
11. Procedimiento para determinar una deformación de un dispositivo (100, 1100, 1200) según una de las reivindicaciones 1 a 10 para fijar un objeto (150) a un elemento de apoyo (160), incluyendo el procedimiento medir una resistencia eléctrica de la pista conductora (104), siendo la resistencia eléctrica indicativa de la deformación del cuerpo de fijación (101) en el segmento de fijación (102).
12. Procedimiento para fabricar un dispositivo (100, 1100, 1200) para fijar un objeto (150) a un elemento de apoyo (160) y/o para estabilizar el elemento de apoyo (160), incluyendo el dispositivo (100, 1100, 1200) lo siguiente proporcionar un cuerpo de fijación (101) con un segmento de fijación (102) para su introducción en el elemento de apoyo (160),
aplicar una pista conductora (104) eléctricamente conductora a lo largo de un trayecto en forma de banda para medir la tensión mecánica en el segmento de fijación (102),
presentando el cuerpo de fijación (101) un segmento de acoplamiento (103) para acoplarse con una unidad de evaluación (105),
estando configurada la pista conductora (104) de tal modo que puede recibir energía eléctrica desde el segmento de acoplamiento (103),
siendo la resistencia eléctrica de la pista conductora (104) indicativa de la deformación del cuerpo de fijación (101) en el segmento de fijación (102),
adentrándose el trayecto en forma de banda de la pista conductora (104) en el segmento de acoplamiento (103) de tal modo que existe una conductividad eléctrica entre la pista conductora (104) en el segmento de acoplamiento (103) y el segmento de fijación (102).
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
fabricándose la pista conductora (104) a partir de una tinta eléctricamente conductora que presenta un material de soporte, que presenta partículas conductoras disueltas,
aplicándose la tinta eléctricamente conductora en estado líquido sobre el segmento de fijación (103), y solidificándose el material de soporte aplicado de tal modo que se fija la disposición de las partículas conductoras en el material de soporte,
aplicándose la tinta conductora en particular mediante un procedimiento de serigrafía, procedimiento de huecograbado o mediante un procedimiento de inyección de tinta sobre el segmento de fijación (102).
14. Procedimiento según la reivindicación 12,
estando presente la pista conductora (104) en un sustrato (501),
incluyendo la aplicación de una pista conductora (104) a lo largo del trayecto en forma de banda pegar el sustrato (501) sobre el segmento de fijación (102).
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14,
estando configurada la pista conductora (104) de manera elástica,
incluyendo el procedimiento estirar la pista conductora (104) en un estado pretensado antes de aplicar la pista conductora (104).
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