WO2010053392A1

WO2010053392A1 - Transdutor para medição de deslocamentos verticais

Info

Publication number: WO2010053392A1
Application number: PCT/PT2009/000058
Authority: WO
Inventors: Joaquim De Azevedo Figueiras; Carlos Manuel DA SILVA FÉLIX; Carlos Filipe Guedes Rodrigues
Original assignee: Instituto Politecnico Do Porto; Universidade do Porto
Current assignee: Instituto Politecnico Do Porto; Universidade do Porto
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2009-11-05
Publication date: 2010-05-14
Anticipated expiration: 2011-05-05
Also published as: WO2010053392A4; PT104250A; PT104250B

Abstract

O presente invento reporta-se a um transdutor para medição de deslocamentos verticais em estruturas de engenharia civil, tais como pontes e viadutos. Este transdutor recorre, para o efeito, a um nivelamento hidrostático que percorre a estrutura em observação e a uma posição de referência fixa permitindo a determinação, ao longo do tempo, do deslocamento vertical relativo dos diversos pontos instrumentados. Baseando-se no Principio de Arquimedes, este transdutor é constituído por um contentor exterior (1) que, contendo um líquido em iminente equilíbrio hidrostático (2) com o demais circuito hidráulico (3), torna-se representativo da posição altimétrica desse corpo perante o restante circuito. Por intermédio de uma célula de carga (4), munida de sensores extensométricos (5), acopla uma massa parcialmente imersa (6) que permite, por esta via, a transdução da altura de líquido numa força (peso aparente do corpo (6)) capaz de ser medida pela célula de carga (4) no sinal de sensores extensométricos.

Description

DESCRIÇÃO

"TRANSDUTOR PARA MEDIÇÃO DE DESLOCAMENTOS VERTICAIS"

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A observação automática do comportamento de viadutos e pontes é um tema em crescente desenvolvimento, donde sobressaem inúmeras potencialidades e assinalável interesse em qualquer processo de avaliação, manutenção e reforço estrutural . A informação proveniente da observação do comportamento das referidas obras de arte é, em diferentes contextos, um elemento preponderante no controlo da qualidade e segurança da construção e um indicador de relevo na gestão e manutenção da infra-estrutu a ao longo de todo o seu período de vida útil .

No âmbito proposto, a medição de deslocamentos verticais relativos em estruturas de engenharia civil - flechas, nomeadamente no tabuleiro de pontes, constitui uma das grandezas mais representativas do comportamento dessa mesma estrutura e uma grandeza de referência na avaliação da sua segurança e integridade. Contudo, a medição dessas flechas está geralmente dificultada, no caso específico das pontes, pela impossibilidade em estabelecer referências físicas, designadamente no solo, que permitam a sua medição autónoma e permanente. Diferentes técnicas de medição de flechas têm sido experimentadas e adoptadas em estruturas reais permitindo, função da tipologia da estrutura e da morfologia do terreno, diferentes niveis de autonomia e precisão. Das técnicas experimentadas para medição flechas, destacam-se as que contemplam, nos casos mais simples, uma prumada vertical, rígida ou flexível, ao solo e correspondente medição do deslocamento relativo junto deste último, passando, nos casos mais complexos, por técnicas de aplicação geodésica fazendo uso de nivelamentos geométricos ou posicionamento tridimensional através de sistema de medição à base de níveis ópticos ou teodolitos respectivamente, até, nos casos mais recentes, recorrem ao Sistema de Posicionamento Global - GPS. Contudo, ainda com o mesmo propósito, um dos métodos que tem demonstrado mais vantagens e maior sucesso na monitorização de pontes, sempre que a referência física ao solo está impossibilitada, é a medição, dessas mesmas flechas, com base em sistemas de níveis líquidos.

É precisamente com recurso a um sistema de níveis líquidos que actua o transdutor objecto desta patente. Constitui, desta forma, um instrumento de medição de níveis líquidos que, em equilíbrio hidrostático ao longo da estrutura e fruto da metodologia adiante exposta, permite o seu relacionamento com os deslocamentos verticais relativos da estrutura.

Salienta-se, que a técnica exposta e a utilização de níveis líquidos na medição de flechas de estruturas, não é por si só novidade, tendo sido, ao longo dos últimos anos, experimentados, cora o mesmo fim, diferentes instrumentos de medição tais como sensores piezoresistivos ou transdutores de pressão/níveis líquidos, sobretudo de natureza mecânica ou eléctrica, muitas vezes, não especificamente desenvolvidos para esta aplicação . Na vertente exposta e procurando fazer referência à utilização de sistemas de níveis líquidos para medição de deslocamentos verticais em obras de arte, destacam-se, a título de exemplo, alguns registos mais próximos referenciados nas bases de dados disponíveis:

- METHOD FOR MEASURING LEVEL OF LARGE-SCALED STRUCTURE Número da Patente: JP63120213 de 7 de Novembro de 1986

- DISPLACEMENT MEASURING DEVICE

Número da Patente : JP56162009 de 19 de Maio de 1980

- METHOD A D DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT FOR EVALUATING LOAD RESISTANCE OF BRIDGE

Número da Patente: R20010084318 de 24 de Fevereiro de 2000

- DEVICE FOR MEASURING THE LEVEL OF A FLUID IN A CONTAINER Número da Patente: EP0604670 de 19 de Dezembro de 1992

- MEASURING DEVICE OF SHAPE OF BRIDGE

Número da Patente: JP10227633 de 13 de Fevereiro de 1997 Apresenta-se, ao longo deste documento, os principais aspectos inovadores do objecto desta patente, denominado transdutor de deslocamento para medição de flechas em obras de arte, assim como, as suas principais vantagens quando confrontado com os equipamentos tradicionais .

SUMÁRIO DA INVENÇÃO E VANTAGENS

O objecto desta patente, aqui designado por "transdutor para medição de deslocamentos verticais" tem por objectivo a medição de níveis líquidos associada à medição de flechas em obras de arte de engenharia civil em sistemas de monitorização estrutural de carácter transitório ou permanente.

Este transdutor recorre, para o efeito, a um nivelamento hidrostático que percorre a estrutura em observação e a uma posição de referência fixa, permiti do a determinação, ao longo do tempo, da posição vertical relativa dos diversos pontos instrumentados por intermédio da medição da altura relativa da coluna de líquido em cada um desses mesmos pontos.

0 sensor de níveis líquidos aqui apresentado, concebido e enquadrado no contexto exposto, tira partido de um princípio com mais de 2000 anos, sobejamente^' conhecido, Princípio de Arquimedes, e traduz, fruto da sua arquitectura interna, de forma directa, perfeitamente linear e com elevada sensibilidade, a variação de um nivel hidrostático (nomeadamente de água ou eventualmente de outro fluido equiparável) no sinal de sensores extensométricos (de qualquer natureza) .

Constitui um transdutor que permite compensar, através da sua arquitectura, todos os efeitos decorrentes da variação da temperatura sobre os seus componentes internos . Este aspecto conduz a um sensor com elevada estabilidade temporal e meteorológica, particularmente apto para aplicações permanentes de monitorização estrutural .

Apresenta um campo de medida que pode ser aj ustado à especificidade da estrutura a monitorizar e uma sensibilidade de cerca 0,05% desse mesmo campo de medida quando associado a um circuito hidráulico na medição de flechas em obras de arte de engenharia civil . Estas duas características são essenciais face ao domínio das grandezas a medir e são conseguidas com alterações previstas nas dimensões de alguns elementos críticos do transdutor .

É um transdutor versátil na natureza e tecnologia do seu sinal que, função da natureza dos extensómetros instalados, pode estar associado tanto a sistemas de monitorização de base eléctrica como a sistemas de base óptica . Quando munido de extensómetros de base óptica, permite ter, na monitorização de flechas em obras de arte de engenharia civil, as vantagens indiscutíveis da cada vez mais emergente tecnologia óptica, nomeadamente o facto do sinal de natureza óptica por eles emitido poder ser adquirido de forma autónoma, com elevada precisão e estabilidade, serem insensíveis a campos electromagnéticos, poderem estar associados a técnicas de multiplexagem e a perda de sinal ao longo do percurso do feixe poder ser compensada com o aumento da potência da fonte.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A descrição que segue baseia-se nos desenhos anexos que sem qualquer carácter limitativo representam:

Figura 1 - Transdutor para medição de deslocamentos verticais: mecanismo de medição e constituição interna geral - Corte A-A;

Figura 2 - Transdutor para medição de deslocamentos verticais: mecanismo de medição e constituição interna geral - Corte B-B;

Figura 3 - Pormenor da base do corpo do transdutor para fixação à estrutura - Corte C-C;

Figura 4 - Pormenor da tampa amovível do corpo do transdutor;

Figura 5 - Corpo suspenso receptor da força de impulsão: vista frontal;

Figura 6 - Corpo suspenso receptor da força de impulsão: vista lateral;

Figura 7 - Corpo suspenso receptor da força de impulsão: vista de topo; Figura 8 - Célula de carga: vista frontal;

Figura 9 - Célula de carga: vista lateral;

Figura 10 - Célula de carga: corte D-D;

Figura 11 - Célula de carga: corte E-E;

Figura 12 - Elemento inferior para suspensão do corpo imersível : vista frontal;

Figura 13 - Elemento inferior para suspensão do corpo imersível: vista lateral;

Figura 14 - Elemento superior para suspensão do corpo imersível: vista frontal;

Figura 15 - Elemento superior para suspensão do corpo imersível: vista lateral;

Figura 16 - Pormenor das condições de apoio do corpo imersível na célula de carga;

Figura 17 - Princípio esquemático do método de medição de flechas com recurso a níveis líquidos;

Figura 18 - Diagrama de forças sobre o corpo parcialmente imerso num líquido;

Figura 19 - Célula de carga: esquema unifilar, deformada, diagrama de momentos flectores e diagrama de esforço axial.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Princípio de Funcionamento

Com base na Figura 17, a medição de deslocamentos verticais relativos (flechas) em obras de arte de engenharia civil é realizada com recurso à aplicação do principio dos vasos comunicantes (Lei de Stevin) a um circuito que, percorrendo a estrutura em análise, contempla, de forma criteriosa, todas as secções a observar. A superfície livre deste circuito, cheio com um líquido num estado de equilíbrio hidrostático (regime estático) , encontrar-se-á à mesma altitude absoluta ao longo de toda a sua extensão, estabelecendo assim uma possível referência para avaliação de deslocamentos verticais relativos. Por sua vez, a deformação vertical da estrutura conduzirá a alterações da posição altimétrica da estrutura e consequentemente a alterações do perfil de alturas da coluna de líquido ao longo do circuito solidário com esta. O acompanhamento, ponto a ponto, da deformada da estrutura e do próprio circuito, é realizado por via da medição de variações da altura relativa da coluna de líquido num conjunto de pontos de interesse. A altura de líquido num ponto de referência, geralmente num ponto de deslocamento vertical desprezável, por exemplo num apoio da estrutura, é usada como referência para determinação dos demais deslocamentos relativos.

Deste modo, salvaguardando que o sistema se encontre em equilíbrio hidrostático, resultado de uma deformação lenta da estrutura, a relação entre a flecha da estrutura e a altura aparente de líquido é dada, num ponto genérico A e num instante de tempo ti, pela variação da altura de líquido nesse ponto A deduzida da variação da altura de líquido, nesse mesmo instante, na secção considerada de referência, de acordo com a seguinte formulação geral (ver Figura 17) :

Onde é a flecha no instante t (variação do deslocamento vertical) ; _a altura de liquido no ponto

A, no instante ti é a altura de liquido no ponto A, no instante inicial (to); ¾« a altura de liquido na secção de referencia (fixa), no instante t±; e "o. o e a altura de liquido na secção de referência (fixa) , no instante inicial (t₀) .

No contexto exposto, é notório que assume primordial importância, como elemento transdutor do deslocamento vertical em cada um dos pontos monitorizados, um sensor que permita medir, de · forma autónoma e permanente, com elevado rigor e estabilidade, a respectiva altura da coluna de liquido.

Inerente a este método, as dimensões do circuito, bem como, as características do liquido utilizado no circuito condicionarão a estabilidade e a resposta do sistema. Na maioria das vezes, é utilizada água no enchimento do circuito hidráulico. Esta apresenta uma densidade e viscosidade apropriada para esta aplicação além de ser extremamente fácil de obter. Contudo, problemas relacionados com a volatilidade da água, com a possibilidade de esta conter bolhas de ar diluídas, com o desenvolvimento de microrganismos, assim como, a variação da sua densidade com a temperatura não devem ser ignorados e podem mesmo justificar a combinação de aditivos ou mesmo a sua substituição por um líquido mais adequado.

Pese embora a presença intrínseca de alguns erros difíceis de quantificar decorrentes sobretudo de alterações ambientais (temperatura e pressão atmosférica) a actuar de forma diferencial ao longo do circuito hidráulico ou mesmo devidos à presença de bolhas de ar no interior do circuito hidráulico, é possível tomar medidas com vista à sua minimização e controlo . Seguindo um procedimento cuidado de concepção e instalação do sistema hidráulico, em condições normais de utilização, o recurso a níveis líquidos tem mostrado ser uma forma estável e exacta (exactidão superior a 0, 2mm) de medição de flechas estruturais, em regime estático, com vista a uma instrumentação fácil, de baixo custo e eficiente.

O transdutor para medição de deslocamentos verticais alvo deste invento, desenvolvido com o propósito de medição de flechas em obras de arte de engenharia civil , assenta, deste modo, o seu funcionamento na medição da altura da coluna de líquido num determinado ponto de um circuito hidráulico . A estrutura do presente transdutor de deslocamento vertical relativo encontra-se esquematizada nas Figura 1 e Figura 2.

O princípio básico para obtenção da altura de líquido consiste na medição do peso aparente de um corpo de geometria e propriedades previamente estudadas (6), parcialmente imerso num liquido e cujo volume imerso está associado à respectiva altura relativa de liquido (posição (2)). Recorre-se, desta forma, ao Principio de Arquimedes, para se deduzir que, estando um corpo sólido, parcialmente imerso num fluido, por actuação de uma força de impulsão ascendente de origem hidrostática (ver Figura 18), o valor do seu peso, dentro desse liquido, é aparentemente menor do que o respectivo peso medido no ar (resultante das forças ? e 1} . A diferença entre o valor do peso real (P ) , medido no ar, e a impulsão exercida pelo liquido (' ) , corresponde ao peso aparente do corpo (¾?)·

Considerando ainda o corpo em análise, imóvel, ligeiramente mais denso que o liquido

Patrpe e criado a partir da translação linear da sua base, pode-se demonstrar que há uma relação de proporcionalidade directa entre a altura de liquido {* ) e o respectivo volume imerso (¾m) , logo, pelo exposto, uma variação da altura de liquido corresponde a uma variação linear da força de impulsão e consequentemente do respectivo peso aparente. De forma unívoca e linear pode-se relacionar, neste transdutor, a variação da altura de líquido, * , com o peso aparente desse corpo parcialmente imerso definido pela expressão: m<3~ Akgp

(iií)

Onde Vi„ é o volume imerso do corpo cilíndrico ou prismático; A é a área da base do corpo; * é a altura imersa do corpo; ^m é a massa do corpo; ã é a aceleração da gravidade e P é a densidade do líquido no qual o corpo está imerso.

Tirando partido da supracitada propriedade, o transdutor em apreço consiste num contentor estanque (1) ligado ao respectivo circuito hidráulico (3) por intermédio de uma embocadura (9) tubular junto da base (8) . Este contentor (1) comporta no seu interior a superfície livre da coluna de líquido (2) , bem como, suspenso através da respectiva tampa superior (18) o corpo cilíndrico rígido (6) parcialmente imerso e uma célula de carga (4) que permitirá medir, ao longo do tempo, através de um par de sensores extensométricos (5) o respectivo peso aparente do distinto corpo (6) .

Face à estabilidade e sensibilidade pretendida, associada às reduzidas variações de força que se propõe medir, concebeu-se um transdutor de força, célula de carga (4), de características também inovadoras . Desenvolveu-se, então, um elemento transdutor de geometria em U, recebendo nas suas extremidades o peso aparente do corpo rígido acoplado. O peso aparente actuante (força externa na célula de carga) deforma naturalmente este elemento gerando tensões e deformações mecânicas. Neste particular, tratando-se de uma peça isostática, isto é, com uma distribuição dos esforços internos dependente exclusivamente de condições de equilíbrio estático, é passível de ser caracterizado o comportamento mecânico teórico da referida peça. A estrutura esquemática da presente célula de carga, bem como, os esforços internos nela instalados encontram-se representados na Figura 19 e são dados, na região central, por:

«=í¾r it = P_ep.a (iv)

Onde Ã^? e ¾ correspondem aos esforços instalados na peça, nomeadamente esforço axial e momento flector, respectivamente; ¾ é o peso aparente do corpo suspenso na célula de carga (força exterior actuante) e « o respectivo braço da f03TÇ& ·

Face à distribuição interna de esforços, um. par de extensómetros , disposto em fibras opostas da zona vertical central de menor espessura (ver Figura 9) submetida a flexão circular composta, constitui a base deste sensor e conduz a um elemento que, para além, de grande sensibilidade apresenta elevada estabilidade temporal e meteorológica, tornando-o particularmente apto para aplicações permanentes de monitorização estrutural . Genericamente, a deformação mecânica, « , é numericamente dada pela soma da parcela de deformação axial, *m , e da parcela de deformação por flexão, *m , dada

Onde £ é o módulo de elasticidade do material, ^A é a área da secção transversal; ' é o momento de inércia da secção transversal a coordenada local da peça perpendicular ao respectivo eixo.

Contudo, a adicionar às deformações mecânicas, ainda que ter em consideração as deformações aparentes de origem térmica. Estas deformações aparentes, não dependem dos esforços instalados, mas são resultado de variações nas condições ambientais, designadamente variações de temperatura, que conduzem igualmente a alterações das dimensões da peça , Com a célula de carga livre de se deformar devido às variações de temperatura, AT _f estas variações de deformação aparente, são dadas por:

( i)

Onde é o correspondente coeficiente de dilatação térmica do material e é a variação de temperatura .

Estas duas componentes de deformação actuam, no presente transdutor, em simultâneo e variam potencialmente ao longo do tempo . A deformação total, ½ , alvo de medição por um extensómetro é dada, de acordo com o exposto, pela soma das referidas parcelas e corresponde a:

Face à existência de um par de extensómetros (5) instalados em faces opostas do elemento submetido a flexão circular composta, demonstra-se aqui a possibilidade de compensação dos efeitos de natureza térmica por aplicação da decomposição das respectivas extensões medidas na sua parcela axial, idêntica nas duas fibras opostas, e na parcela de flexão, simétrica nessas mesmas fibras. Considera-se, então, a deformação medida em cada extensómetro dada por:

Da combinação algébrica das duas relações anteriores, prova-se que:

C^_t-A^)^e^^p^t^_t-A £_í)^eM¾pS_?.(A _)t-Aeâ,) « à i_x)

Por equilíbrio estático, deduz-se, então, que a parcela de deformação decorrente da flexão da peça, diferencial, varia exclusivamente e de forma proporcional com o peso instalado, logo, por tudo atrás exposto, de forma linear com a respectiva altura de líquido, * . Desta forma e isolando este efeito, torna-se possível compensar os supracitados efeitos perturbadores e tem-se uma proporcionalidade directa entre a altura de água em interesse e a variação da diferença das extensões medidas. Uma calibração conveniente de cada sensor permite encontrar, experimentalmente, a constante de proporcionalidade que melhor ajusta a relação entre o deslocamento vertical e as respectivas extensões medidas, ou melhor, entre o deslocamento vertical e o sinal proveniente da ponderação dos extensómetros respectivos.

Destaca-se ainda que esta célula de carga, para além de apresentar uma geometria e dimensões ajustadas à sua função e à sensibilidade e campo de medida pretendido (7), apresenta condições de fronteira perfeitamente definidas (12/13 e 14/15) que permitem, de forma clara e estável, caracterizar os esforços internos instalados. Com as condições propostas e com base na pormenorizaçâo estabelecida e nos materiais utilizados menor que extensão limite de proporcionalidade elástica do material) consegue-se igualmente garantir a ausência de fenómenos de não linearidade relacionados com o estado de deformação da peça (não linearidade geométrica e material) . O facto de todas as peças móveis do transdutor estarem suspensas a partir da tampa, . sem contacto com o corpo do transdutor garante a inexistência de forças de atrito perturbadoras.

Constituição do transdutor

Face ao principio de funcionamento acima postulado a medição de deslocamentos verticais relativos em estruturas com base em níveis líquidos é realizada por intermédio de um dispositivo mecânico (transdutor) , todo ele realizado em aço inox com propriedades mecânicas e de durabilidade adequadas donde se destacam, agora com mais detalhe, os componentes fundamentais contidos nas Figuras 1 a 16.

Um contentor exterior cilíndrico ou prismático (1) , ligado ao circuito hidráulico de referência (3) por intermédio de uma embocadura (9) de diâmetro semelhante ao do próprio circuito, contém internamente o respectivo fluído em eminente equilíbrio hidrostático . O acesso ao interior deste contentor exterior (1) é realizado por intermédio de uma tampa amovível (18) rigidamente fixada ao corpo principal com recurso a uma sequência de parafusos de fixação (20) . Em condições de serviço, é no interior do contentor (1) que se encontra a superfície livre da coluna de líquido (2) do respectivo sistema hidráulico dentro de um campo de medida previamente definido (7) , Este corpo rígido (1) , em aço inox, garante também a fixação de todos os componentes mecânicos internos por intermédio de um elemento fixador central (17) localizado na tampa superior (18) .

Um corpo parcialmente imerso (6), ou seja, a massa suspensa sujeita a uma impulsão eminentemente variável e cujo peso aparente se pretende medir, encontra- se acoplada a uma célula de carga (4) e suspensa da tampa superior (18) do corpo exterior (1) do transdutor. Este elemento (6) é constituído por uma superfície cilíndrica, fechada nos topos e, no seu todo, ligeiramente mais densa que o líquido

A força de impulsão actuante sobre este elemento é directamente proporcional à altura de líquido instalada no interior do contentor. As suas dimensões são definidas para que, por um lado, abranja o campo de medida pretendido (7) - altura, e, por outro lado, garanta que a força de impulsão, proporcional à área em planta deste elemento, seja coadunável com a sensibilidade pretendida . É um elemento alvo de possível adaptação quer relativamente ao campo de medida, quer relativamente à sensibilidade do sensor. Uma forma cónica na base garante ainda a eliminação de bolhas de ar indesejáveis em contacto com a superfície deste corpo .

A célula de carga (4), especificamente desenvolvida para este efeito, tira partido de uma geometria estudada com o intuito de permitir uma elevada sensibilidade e estabilidade na medição do peso aparente do corpo nela suspenso. Este elemento apresenta uma geometria em "U" , com os pontos de aplicação das forças (12/13 e 14/15) nas suas extremidades e submetida, na região central, a esforços de flexão circular composta. Além do mais, resultado de uma combinação de duas espessuras, é um elemento de elevada rigidez, contribuindo deste modo para um desvio desprezável resultante da consideração do corpo suspenso como elemento totalmente solidário com a estrutura em toda a gama de medida do sensor. Um par de sensores extensométricos (5), localizados em faces opostas da região central da célula de carga (4) {zona submetida a flexão circular composta) , confere-lhe maior rigor na medição e permite a compensação dos efeitos da temperatura, podendo esta ser realizada quer por via numérica quer por via metrológica .

A utilização de um par de extensómetros (5), instalado em faces opostas da zona central da célula de carga (4) , de menor espessura, submetido a flexão circular composta, permite, por sua vez, isolar o efeito de flexão, conduzindo à eliminação total da deformação devida ao esforço axial instalado na peça e dos efeitos associados à variação de temperatura . Um tratamento conveniente do sinal proveniente dos extensómetros, com compensação de todos os efeitos térmicos, conduz a uma relação de proporcionalidade directa entre a altura de liquido instalada e a respectiva ponderação dos sinais medidos. Realça-se, ainda, o facto de ser um transdutor versátil na natureza e tecnologia do seu sinal, que, função da natureza dos extensómetros instalados (5) , pode estar associado tanto a sistemas de monitorização de base eléctrica, como sistemas de base óptica . As ligações, quer entre a célula de carga (4) e o corpo suspenso (6), quer entre a célula de carga (4) e a tampa do transdutor (18), dão-se de forma pontual por intermédio de um sistema cónico de encaixe (12/13 e 14/15) existente tanto na célula de carga (4) como nos respectivos suportes (17 e 10) . Este pormenor contribui para um posicionamento repetível e estável dos pontos de aplicação das cargas na célula de carga. Um par de cavilhas transversais (11 e 16) garante ainda a integridade do sistema perante movimentos bruscos, por exemplo, decorrentes da instalação do sistema .

A ligação ao circuito hidráulico (3) com arquitectura e características adequadas que, em equilíbrio hidrostático, permite o nivelamento de todos os pontos da numa embocadura inferior (9) por intermédio de acessórios comerciais de tubagem hidráulica de aço inox .

Um sistema de fixação na base rígida (8) do transdutor por intermédio de um esquema de parafusos tri- pontual (22) deverá garantir a fixação rígida do transdutor à estrutura e permitir o ajuste da verticalidade do corpo sensor . A verticalidade do transdutor garantirá a ausência de contacto físico entre os elementos móveis do transdutor, assegurando a ausência de atrito e desvios dele resultantes . Uma válvula de introdução de ar (21) no topo do transdutor permite, quando aberta, que a pressão de ar no interior do transdutor seja idêntica à pressão atmosférica local .

Dois conectores mecânicos (19) (ópticos ou eléctricos em função da natureza dos extensómetros adoptados) permitem a ligação do presente transdutor a uma rede de sensores e ao respectivo equipamento de aquisição.

Lisboa, 5 de Novembro de

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Transdutor para medição de deslocamentos verticais relativos em obras de arte de engenharia civil cora recurso a um nivelamento hidrostático que liga os pontos da estrutura em observação de forma a permitir a medição do deslocamento vertical relativo nos diversos pontos interessados por intermédio de uma relação directa e linear entre a variação relativa da altura do líquido e o deslocamento vertical relativo nesses mesmos pontos, caracterizado por possuir um contentor exterior cilíndrico ou prismático (1) em ligação com o restante circuito hidráulico (3) em iminente equilíbrio hidrostático, contentor este que comporta internamente o líquido utilizado para o nivelamento e a respectiva superfície livre ( 2 ) , um corpo rígido ou prismático (6) parcialmente imerso nesse líquido, sujeito a uma força de impulsão cuja grandeza é proporcional à altura do líquido no interior do contentor (1), e meios de medição do peso aparente desse corpo (6) por intermédio de uma célula de carga (4) munida de um par de sensores extensométricos (5) localizados em faces opostas da região central da célula de carga (4).

2. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a célula de carga (4) medir indirectamente a altura do líquido por medição do peso aparente do corpo (6) com uma sensibilidade melhor que 0, 05% FS (7) com compensação dos efeitos de natureza térmica sobre o elemento sensor.

3. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a célula de carga (4) suspender o corpo rígido (6), parcialmente imerso, e efectuar a transdução da variação do nível do líquido (2) por intermédio do par de sensores extensométricôs (5) ,

4. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores , caracterizado por a natureza do seu sinal ser função da natureza dos extensómetros (5) utilizados, podendo estar associados tanto a sistemas de monitorização eléctrica como a sistemas de base óptica .

5. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a referida célula de carga (4) ter elevada estabilidade sendo para o efeito dotada de uma geometria em "U" com uma combinação de espessuras que lhe confere uma elevada rigidez e sensibilidade, com os pontos de aplicação das forças (12/13 e 14/15) nas suas extremidades e submetida, na região central, a esforços de flexão circular composta.

6. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por as ligações, quer entre a célula de carga (4) e o corpo suspenso (6), quer entre a célula de carga (4) e a tampa do transdutor (18), se realizarem de forma pontual por intermédio de um sistema cónico de encaixe (12/13 e 14/15) existente tanto na célula de carga (4) como nos respectivos suportes (17 e 10) , facto que contribui para um posicionamento repetivel e estável dos pontos de aplicação das cargas na célula de carga .

7. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por a sua geometria, as condições fronteira, os elementos sensores e o atrito desprezável entre os seus componentes resultar em sensibilidade melhor que 0,05% FS e estabilidade temporal, permitindo a monitorização das grandezas medidas ao longo do tempo com auto-compensação dos efeito de natureza térmica .

8. Transdutor para medição de deslocamentos verticais de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por se encontrar associado a sistemas temporários ou permanentes de monitorização estrutural e a sistemas de aquisição manuais ou automáticos .

Lisboa, 5 de Novembro de 2009