ES2966210T3 - Método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado y soporte elastomérico sensorizado - Google Patents

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ES2966210T3 ES20382566T ES20382566T ES2966210T3 ES 2966210 T3 ES2966210 T3 ES 2966210T3 ES 20382566 T ES20382566 T ES 20382566T ES 20382566 T ES20382566 T ES 20382566T ES 2966210 T3 ES2966210 T3 ES 2966210T3
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Gonzalo Jon Ander Ibeas
Fernández José Carlos Jiménez
Sánchez David García
Andreu Mikel Ezquerro
Elola Maialen Chapartegui
Lizarraga Idoia Gaztelumendi
Richard Seddon
Fernandez Sonia Florez
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Fundacion Tecnalia Research and Innovation
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Fundacion Tecnalia Research and Innovation
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    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E01D19/041—Elastomeric bearings

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Abstract

Método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado (1), que comprende: adherir una primera lámina (41) de material elastomérico sobre una cara lateral de un bloque elastomérico (2); adherir un sensor de deformación de la tira de papel bucky (3) a lo largo de una dirección diagonal de dicha primera hoja (41) de material elastomérico para medir las deformaciones del bloque elastomérico (2) tanto en dirección vertical como horizontal; adherir una segunda hoja (42) de material elastomérico sobre la primera hoja (41) de material elastomérico, de manera que el sensor de deformación de la tira de buckypaper (3) quede intercalado entre ellas; someter el bloque elastomérico (2), con la primera lámina (41), el sensor de deformación de buckypaper (3) y la segunda lámina (41) adheridas al mismo, a un proceso de vulcanización. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado y soporte elastomérico sensorizado
Campo técnico
La invención pertenece por lo general al campo de la construcción, y más particularmente, a la detección de deformaciones en soportes elastoméricos utilizados en la construcción, como en puentes.
Estado de la técnica
Varias construcciones, como puentes, están soportados convencionalmente sobre soportes elastoméricos. Un soporte elastomérico suele ser un bloque hecho de capas de un material elastomérico que se alternan con placas metálicas. Los soportes elastoméricos pueden estar sujetos a deformaciones provocadas por el comportamiento de la construcción soportada sobre los mismos, p.ej. en respuesta a cambios en la carga soportada por la construcción. Estas deformaciones deben medirse para determinar la condición estructural del soporte elastomérico. Por lo tanto, varios soportes elastoméricos conocidos comprenden un sensor de deformación incrustado.
El documento US20180202878A1 describe un cojinete de aislamiento de caucho de alta amortiguación que incluye una placa de cojinete superior, una placa de cojinete inferior, un cuerpo de cojinete de caucho de alta amortiguación, un nano sensor de caucho, una placa de base, una unidad de límite y pernos de anclaje superior e inferior.
El documento KR20140001586 divulga un soporte elastomérico para puentes que tiene un sensor incorporado para medir la deformación vertical del mismo. El sensor está incrustado dentro del soporte elastomérico en dirección vertical. Un módulo de transmisión inalámbrica permite la transmisión inalámbrica de los datos proporcionados por el sensor de deformación.
El documento KR20190081052 divulga un soporte elastomérico para puentes que tiene sensores para medir el desplazamiento de las placas de extremo del soporte a lo largo de los ejes x, y y z. Los sensores están instalados en superficies opuestas de las placas de extremo superior e inferior del soporte elastoméri
la inclinación entre las placas de extremo.
El documento DE4402608 divulga un soporte elastomérico para un puente que tiene un medidor de tensión para medir la distribución de fuerza a través de una almohadilla de presión superior. En particular, el medidor de tensión se coloca a lo largo de una dirección horizontal dentro de una cavidad proporcionada dentro de una almohadilla superior e inferior del soporte elastomérico.
Los soportes elastoméricos de la técnica anterior requieren normalmente la provisión de sitios de colocación dedicados para la instalación de los sensores, que normalmente están incrustados dentro del bloque, tal como el bloqueo paralelepipédico. Desventajosamente, esto implica llevar a cabo un proceso de instalación de sensores que requiere mucho tiempo. Además, el volumen de los sensores proporcionados dentro de los soportes elastoméricos afecta negativamente a la resistencia de los soportes. Más aún, los sensores de la técnica anterior requieren frecuentemente circuitos electrónicos de interrogación complejos para adquirir las señales relevantes del sensor.
Descripción de la invención
La presente invención soluciona los inconvenientes antes mencionados mediante un novedoso soporte elastomérico sensorizado que comprende al menos un sensor de deformación a base de buckypaper y un método de fabricación de un soporte elastomérico sensorizado que comprende al menos un sensor de deformación a base de buckypaper.
Buckypaper es una lámina fina hecha de un agregado de nanotubos de carbono o papel cuadriculado de nanotubos de carbono. La producción de láminas de buckypaper incluye normalmente hacer una suspensión de nanotubos de carbono dispersos en un medio líquido y filtrar la suspensión mediante una membrana de filtro, de modo que los nanotubos de carbono se depositan directamente sobre la membrana de filtro a medida que el medio fluido fluye a través de la membrana de filtro. La lámina de buckypaper normalmente se seca y después se separa de la membrana de filtro. El documento US7459121 B2 divulga un método de ejemplo para producir buckypaper. El documento EP3524339A1 divulga un método para aumentar el espesor de una lámina de buckypaper.
La resistencia eléctrica de una tira de buckypaper cambia en respuesta a la deformación. El solicitante utiliza ventajosamente esta propiedad del buckypaper para emplear tiras de buckypaper como sensores de deformación, proporcionando así un soporte elastomérico sensorizado que supera los inconvenientes descritos anteriormente. Por lo tanto, en esta descripción, la tira de buckypaper se denomina sensor de tira de buckypaper o sensor de deformación de tira de buckypaper.
En el presente documento, la expresión"bloque elastomérico"se refiere a un bloque hecho de un material elastomérico y que posiblemente comprende varias placas metálicas incrustadas en el mismo. Un bloque elastomérico puede tener diferentes formas, como paralelepipédicos o cilindricos.
En el presente documento, los términos"horizontal'y"vertical'se interpretan con referencia a la orientación del soporte elastomérico cuando se utiliza normalmente. Más específicamente, cuando el soporte elastomérico está en uso, la dirección vertical corresponde a la dirección del peso soportado por dicho soporte elastomérico, mientras que la dirección horizontal es perpendicular a la dirección vertical. De igual manera, los términos "superior","inferior'y similares se interpretan de acuerdo con dicha dirección vertical.
En el presente documento, el término"cara"se refiere a cada lado distinto del soporte elastomérico. Un soporte elastomérico, cuando está en uso, comprende por lo general una cara inferior o base normalmente horizontal que descansa sobre una superficie (tal como en el suelo o en otra parte de la construcción, como contrafuerte), una cara superior normalmente horizontal que soporta la construcción (es decir, puente o tablero para puentes) y una o más caras laterales. Las caras no tienen por qué ser planas, p.ej. las caras laterales de un soporte elastomérico cilindrico son curvadas.
En este contexto, el término "diagonal' se refiere a una dirección contenida en una cara lateral que no es ni vertical ni horizontal cuando el bloque elastomérico está en uso. Dicho de otra forma, una dirección diagonal se refiere a un vector que comprende una componente vertical y una componente horizontal.
Un primer aspecto de la presente invención está dirigido a un método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado. El método comprende las siguientes etapas:
- Adherir una primera lámina de material elastomérico sobre una cara lateral de un bloque elastomérico.
- Adherir un sensor de deformación de tira de buckypaper sobre dicha primera lámina de material elastomérico. El sensor de deformación de tira de buckypaper se adhiere a lo largo de una dirección diagonal de la primera lámina de material elastomérico. Esto permite medir las deformaciones del bloque elastomérico tanto en dirección vertical como horizontal.
- Adherir una segunda lámina de material elastomérico sobre la primera lámina de material elastomérico, de manera que el sensor de deformación de tira de buckypaper quede intercalado entremedio.
- Someter el bloque elastomérico, con la primera lámina, el sensor de deformación de buckypaper y la segunda lámina adherida al mismo, a un proceso de vulcanización.
El resultado de este método es un soporte elastomérico sensorizado donde se incrusta el sensor de deformación de buckypaper, diagonalmente, dentro de una cara lateral del bloque elastomérico. Por lo tanto, este soporte elastomérico sensorizado puede detectar deformaciones tanto en dirección vertical como horizontal.
El bloque elastomérico puede tener forma paralelepipédica. En este caso, el sensor de deformación de tira de buckypaper se extiende preferiblemente en diagonal desde una esquina inferior de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral.
El bloque elastomérico puede tener forma cilindrica. En este caso, el sensor de deformación de tira de buckypaper se extiende preferiblemente en diagonal desde una porción central de la cara lateral, por ejemplo, a una esquina superior de dicha cara lateral, o a una esquina inferior de la misma, o hacia una esquina sin llegar a la esquina misma.
En las realizaciones de la invención, el método comprende una etapa inicial de combinar la tira de buckypaper con un material polimérico, o remojar el sensor de deformación de tira de buckypaper en una solución polimérica, para aumentar su capacidad de elongación. En un ejemplo no limitante, la solución polimérica es alcohol polivinílico.
La etapa de remojo puede comprender las siguientes etapas:
- Obtener una solución de alcohol polivinílico que tiene entre 0,5-15 % en peso de alcohol polivinílico.
- Remojar el sensor de deformación de tira de buckypaper en dicha solución de alcohol polivinílico durante un periodo de 15-25 horas.
- Secar el sensor de deformación de tira de buckypaper en un horno de vacío.
En las realizaciones de la invención, se conectan después alambres eléctricos a los respectivos extremos opuestos del sensor de deformación de tira de buckypaper. Cada conexión de alambre puede comprender una capa protectora de epoxi. La capa de epoxi asegura que las conexiones resistan las condiciones de presión y temperatura durante el proceso de vulcanización que se describe a continuación.
Se puede emplear cualquier medio apropiado para adherir la primera lámina y la segunda lámina de material elastomérico entre sí, así como a una cara lateral del bloque elastomérico. En una realización particular de la invención, el método comprende además una etapa de impregnar la primera lámina y la segunda lámina con un betún viscoso antes de colocar el sensor de deformación de tira de buckypaper entremedio. Después se puede aplicar una presión manual sobre la segunda lámina de material elastomérico antes de la etapa de vulcanización para asegurar una fijación firme de la primera y segunda láminas elastoméricas entre sí con el sensor de deformación de tira de buckypaper intercalado entremedio.
El método puede comprender además adherir otro sensor de deformación de tira de buckypaper sobre otra cara lateral del bloque elastomérico, intercalado entre láminas correspondientes de material elastomérico.
El método puede comprender además adherir otro par de sensores de deformación de tira de buckypaper en otras dos caras laterales del bloque elastomérico, intercalado entre láminas correspondientes de material elastomérico.
Una vez adheridas la primera y segunda láminas elastoméricas y el sensor de buckypaper a la cara lateral del bloque elastomérico, puede comenzar el proceso de vulcanización. En las realizaciones de la invención, el proceso de vulcanización comprende someter el bloque elastomérico, con la primera lámina, el sensor de deformación del buckypaper, y la segunda lámina adherida al mismo, a una temperatura de 120 °C-160 °C y a una presión de 15 kg/cm2-25 kg/cm2
La aplicación de presión durante el proceso de vulcanización podrá realizarse mediante una prensa. Es necesario modificar la prensa para permitir una aplicación uniforme de presión y al mismo tiempo garantizar que no se dañen los alambres. En una realización particular la prensa puede comprender dos moldes, en cuyo caso el método puede comprender realizar orificios en al menos uno de los moldes para el paso de los alambres eléctricos conectados a extremos opuestos del sensor de deformación de tira de buckypaper hacia el exterior de dicha prensa. Por lo tanto, sólo una porción de cada alambre permanece dentro de la prensa durante la etapa de vulcanización, mientras que la porción principal de los mismos sale a través del orificio practicado en al menos un molde.
Un segundo aspecto de la presente invención está dirigido a un soporte elastomérico sensorizado que comprende un bloque elastomérico y que comprende además un sensor de deformación de tira de buckypaper incrustado en una dirección diagonal de una cara lateral de dicho bloque elastomérico.
El sensor de deformación de tira de buckypaper está incrustado entre una primera lámina y una segunda lámina de material elastomérico dispuestas sobre (adherida a) dicha cara lateral del bloque elastomérico.
El sensor de deformación de tira de buckypaper se proporciona en dirección diagonal para medir las deformaciones del bloque elastomérico tanto en dirección vertical como horizontal.
El soporte elastomérico puede tener diferentes formas. En las realizaciones de la invención, el soporte tiene forma paralelepipédica. En las realizaciones de la invención, el soporte tiene forma cilíndrica. También son posibles otras formas dependiendo de la aplicación y sus requisitos.
Cuando el bloque elastomérico puede tener forma paralelepipédica, el sensor de deformación de tira de buckypaper se extiende preferiblemente en diagonal desde una esquina inferior de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral.
Cuando el bloque elastomérico puede tener forma cilíndrica, el sensor de deformación de tira de buckypaper se extiende preferiblemente en diagonal desde una porción central de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral, o hasta una esquina inferior de la misma, o hacia una esquina sin llegar a la propia esquina.
En las realizaciones de la invención, el soporte elastomérico sensorizado comprende un par de sensores de deformación de tira de buckypaper. Por ejemplo, el par de sensores de deformación de tira de buckypaper pueden estar dispuestos en caras laterales adyacentes del bloque elastomérico. Con esta configuración, se pueden medir las deformaciones horizontales causadas por el desplazamiento tanto transversal como longitudinal del soporte. Esto es aplicable a soportes paralelepipédicos y a soportes cilíndricos.
Como alternativa, el par de sensores de deformación de tira de buckypaper pueden estar dispuestos en caras laterales opuestas del bloque elastomérico. Esta configuración es especialmente adecuada para un soporte que tiene forma paralelepipédica, y en el que durante el uso del soporte, una de las direcciones de desplazamiento -normalmente la transversal- es una restricción. Dicho de otra forma, debido a que el soporte de forma paralelepipédica sólo puede sufrir desplazamiento longitudinal, los dos sensores podrán estar dispuestos en caras laterales opuestas del soporte (las dos caras laterales longitudinales respecto al desplazamiento que va a sufrir el soporte).
En las realizaciones de la invención, el soporte elastomérico sensorizado comprende dos pares de sensores de deformación de tira de buckypaper, donde los sensores de deformación de tira de buckypaper de cada par están dispuestos en respectivas caras laterales opuestas del bloque elastomérico.
Estas configuraciones permiten ventajosamente detectar deformaciones del bloque elastomérico tanto en dirección vertical como horizontal. De hecho, al incrustar el sensor de deformación de tira de buckypaper en diagonal dentro de una cara lateral del bloque elastomérico, tanto las deformaciones horizontales como verticales de dicho bloque provocan un cambio en la longitud de la tira de buckypaper. A su vez, dicho cambio en la longitud de la tira de buckypaper provoca un cambio en la resistencia. Este cambio de resistencia se puede detectar fácilmente mediante el uso de un circuito eléctrico simple. Combinando la información obtenida de pares de sensores de deformación de tira de buckypaper diagonales dispuestos en lados adyacentes del bloque elastomérico, se optimiza la deformación del soporte elastomérico tanto en dirección horizontal como vertical. Además, como se divulga en detalle a continuación, la instalación de este sensor de deformación de tira de buckypaper en el bloque elastomérico es económica y sencilla.
Este novedoso soporte elastomérico sensorizado puede emplearse especialmente en la construcción de puentes.
Un tercer aspecto de la presente invención está dirigido a un puente que comprende al menos un soporte elastomérico sensorizado que comprende un bloque elastomérico y que comprende además al menos un par de sensores de deformación de tira de buckypaper incrustados en un número correspondiente de caras laterales de dicho bloque elastomérico.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra un diagrama de flujo esquemático del método de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las Figuras 2a-2c muestran las etapas del método de la presente invención.
Las Figuras 3a-3b muestran vistas en primer plano de soportes sensorizados terminados de acuerdo con las realizaciones de la invención.
Las Figuras 4a y 4b muestran los resultados de pruebas de un soporte sensorizado sometido a una carga vertical.
Las Figuras 5a y 5b muestran los resultados de pruebas de un soporte sensorizado sometido a una carga horizontal.
La Figura 6 muestra un soporte sensorizado cilíndrico de acuerdo con una realización de la presente invención.
Descripción de una realización preferida
El método de la invención se describe a continuación con referencia a las figuras adjuntas. En particular, las etapas del método mostrado en la Figura 1 se describen en detalle a continuación.
Como se ha mencionado previamente en el presente documento, un bloque elastomérico es un bloque hecho de un material elastomérico, posiblemente teniendo varias placas metálicas horizontales incrustadas en el mismo. El material elastomérico puede ser, por ejemplo, caucho natural (NR), como el caucho de cloropreno (CR), también conocido como neopreno. En una realización particular, el bloque elastomérico está hecho de NR o CR más una cantidad máxima del 5 % (peso) de otros polímeros de acuerdo con EN1337-3.
Cuando está en uso, un bloque elastomérico tiene una cara superior horizontal, una cara inferior horizontal y una o más caras laterales. Más específicamente, en la realización particular divulgada en el presente documento (véase, por ejemplo, Figura 2b-2c), el bloque elastomérico 2 tiene una forma paralelepipédica que tiene seis caras, siendo las seis caras paralelogramos. Las seis caras forman tres pares de caras paralelas. Una de las caras es la cara inferior horizontal, o base, del bloque elastomérico 2, las cuatro caras perpendiculares a dicha base son las caras laterales, y la cara opuesta a la base es la cara superior horizontal. La base del bloque elastomérico 2 descansa por lo general sobre el suelo o sobre una parte o porción de una construcción o estructura, como en un contrafuerte, mientras que la cara superior horizontal soporta una construcción, p.ej. puente, o una parte del mismo. Durante el uso de un soporte hecho del bloque elastomérico 2, por ejemplo, en un puente, el soporte se desplazará horizontalmente en dos posibles direcciones: longitudinal y transversal respecto al puente. Por lo tanto, las deformaciones horizontales serán causadas por el desplazamiento tanto transversal como longitudinal del soporte. En ciertas condiciones, sin embargo, el soporte se moverá horizontalmente solo en una dirección posible, normalmente longitudinalmente con respecto a la construcción (por ejemplo, un puente). Esto ocurre cuando el otro desplazamiento horizontal (transversal a la construcción) está físicamente limitado.
En lo sucesivo, se divulga un método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado 1 como se muestra, por ejemplo, en la Figura 3a. El método comprende etapas para incrustar un sensor de deformación de tira de buckypaper 3 dentro de una cara lateral de un bloque elastomérico 2, haciendo de este modo el soporte elastomérico sensorizado 1. Como se ha divulgado anteriormente en el presente documento, un sensor de deformación de tira de buckypaper 3 es un sensor de deformación basado en una tira de buckypaper.
En primer lugar, para mejorar la capacidad de alargamiento del sensor de deformación de tira de buckypaper 3, asegurar que el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 pueda estirarse junto con el bloque elastomérico 2 cuando esté incrustado en el mismo, el sensor de deformación de tira de buckypaper se combina preferiblemente con un material polimérico. Preferiblemente, se utilizan polímeros flexibles. Ejemplos no limitantes de polímeros que pueden usarse son: polidimetilsiloxano (PDMS), poliimida (PI), tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP), polivinilo, caucho natural y resinas epoxi. Estos sustratos poliméricos pueden mejorar la respuesta lineal, intervalo de deformación y estabilidad del sensor. Por ejemplo, se puede aplicar un baño de alcohol polivinílico.
Por lo tanto, la etapa 11 mostrada en la Figura 1 comprende preferiblemente combinar la tira de buckypaper con un material polimérico, o remojar el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 en una solución polimérica, para aumentar sus propiedades de elongación. Si, por ejemplo, se utiliza una solución de alcohol polivinílico, la solución puede tener entre 0,5 y 15 % en peso de alcohol polivinílico. La solución se puede preparar disolviendo polvo de alcohol polivinílico en agua destilada mediante baño de ultrasonidos durante 30 minutos, seguido de una agitación magnética a 600 rpm y 120 °C durante 2 horas. El sensor de deformación de tira de buckypaper 3 se sumerge en esta solución durante varias horas, tal como 21 horas. Por último, el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 se seca -por ejemplo durante la noche- por ejemplo en un horno de vacío a aproximadamente 60 °C. Se muestra que el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 resultante es más elástico.
A continuación, de acuerdo con la etapa 12 de la Figura 1, se conectan alambres eléctricos 32 a los respectivos extremos opuestos del sensor de deformación de tira de buckypaper 3. Para este fin se puede utilizar resina de plata. De forma adicional, se puede aplicar resina epoxi para proteger las conexiones 31 entre el sensor de tira de buckypaper 3 y los alambres eléctricos 32 durante el proceso de vulcanización llevado a cabo como último paso del presente método. El resultado de esta etapa se muestra en la Figura 2a.
A continuación, como se muestra en la etapa 13 de la Figura 1, una primera lámina 41 de material elastomérico se adhiere a una cara lateral del bloque elastomérico 2. Normalmente, la primera lámina 41 está hecha del mismo material elastomérico que el bloque elastomérico 2, por ejemplo, NR, CR o similares. Para que la primera lámina 41 se adhiera firmemente al bloque elastomérico 2, la lámina 41 puede impregnarse primero con betún viscoso y adherirse después a la cara lateral del bloque elastomérico 2.
Después, como se muestra en la etapa 14 de la Figura 1, el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 se coloca sobre la primera lámina 41 en dirección diagonal. Un BP dispuesto en dirección diagonal permite capturar la deformación vertical y horizontal como una descomposición vectorial. Por ejemplo, en el bloque elastomérico paralelepipédico 2 mostrado en la Figura 2b, el sensor de deformación de tira de buckypaper 3 puede extenderse preferiblemente en diagonal desde una esquina inferior de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral. Se ha observado que cuanto más largo sea el sensor de deformación de tira de buckypaper (cubriendo así una mayor dirección diagonal de la cara lateral sobre la que está dispuesto), más sensible será a las deformaciones. Como se ha divulgado anteriormente en el presente documento, una dirección diagonal es una dirección contenida en la cara lateral del bloque elastomérico 2 -y por lo tanto en la primera capa 41 ahora adherida a una cara lateral correspondiente del bloque 2- que no es ni horizontal ni vertical cuando el bloque elastomérico 2 está en uso. El sensor de deformación de tira de buckypaper 3 se adhiere a la primera lámina 41 mediante, por ejemplo, betún viscoso. Normalmente, una componente horizontal de la dirección diagonal es mayor que una componente vertical de la misma, como se muestra en la Figura 2b. El soporte elastomérico sensorizado 1 obtenido mediante el presente método, y mostrado por ejemplo en la Figura 3a, cuando está en uso normal, será por lo tanto más sensible a las deformaciones horizontales que a las verticales.
Posteriormente, como se muestra en la etapa 15 de la Figura 1, una segunda lámina 42 de material elastomérico, también preferiblemente impregnada con betún viscoso, se adhiere a la primera lámina 41 (sobre la que se ha colocado el sensor 3). El sensor de deformación de tira de buckypaper 3 queda por tanto intercalado entre las dos láminas 41, 42 con los cables 32 del sensor de deformación de tira de buckypaper 3 sobresaliendo de los respectivos extremos opuestos de la cara lateral del bloque elastomérico 2. El resultado de esta etapa se muestra en la Figura 2c. En la Figura 2c, los cables 32 aparecen en esquinas opuestas de la cara lateral del bloque 2 sobre el que está dispuesto el sensor 3. Como alternativa, los cables 32 podrían aparecer en diferentes posiciones en los bordes de la cara lateral del bloque elastomérico 2. En la Figura 2c, los trazos de puntos representan el sensor incrustado 3 y las porciones incrustadas de los cables 32, cubiertas por la segunda lámina 42. Cabe señalar que la primera lámina 41 de material elastomérico no se muestra en la Figura 2c porque ha sido superpuesta por la segunda lámina 42.
Preferiblemente, las etapas anteriores para incrustar un sensor de deformación de tira de buckypaper 3 dentro de una cara lateral de un bloque elastomérico 2, se repiten al menos una vez. En particular, un segundo sensor está preferiblemente incrustado -siguiendo las mismas etapas- dentro de una segunda cara lateral del bloque elastomérico 2, como se muestra en la Figura 3b. Por ejemplo, la primera lámina 41 de material elastomérico rodea o envuelve dos caras laterales adyacentes del bloque, y la segunda lámina 42 de material elastomérico rodea o envuelve estas dos caras laterales adyacentes del bloque una vez que los dos sensores 3 están dispuestos en respectivas caras (en la primera lámina 31). Cuando el bloque elastomérico 2 es paralelepipédico, esta segunda cara lateral es preferiblemente perpendicular (adyacente) a la cara lateral dentro de la cual se ha incrustado el primer sensor. Los dos sensores 3 están preferiblemente orientados diagonalmente hacia una esquina común del bloque 2, como se muestra en la Figura 3b. Durante el uso del producto final (soporte con sensores), al menos dos sensores de BP permiten una medición más optimizada de una posición deformada del bloque, debido a que dos sensores permiten extraer las componentes vectoriales (vertical y horizontal) de la deformación que sufre el sensor durante el uso del soporte. Como ya se ha mencionado, durante el uso de un soporte hecho del bloque elastomérico 2, por ejemplo, en un puente, el soporte se desplazará normalmente horizontalmente en dos posibles direcciones: longitudinal y transversal respecto al puente. Por lo tanto, las deformaciones horizontales serán causadas por el desplazamiento tanto transversal como longitudinal del soporte. En este caso, los dos sensores de BP están dispuestos preferiblemente en caras laterales adyacentes del bloque 2. Se combina la deformación obtenida por cada sensor. Por tanto, se obtiene la deformación que sufre el soporte en las dos direcciones horizontales (longitudinal y transversal). En ciertas condiciones, sin embargo, el soporte se moverá horizontalmente solo en una dirección posible, normalmente longitudinalmente con respecto a la construcción (por ejemplo, un puente). Esto ocurre cuando el otro desplazamiento horizontal (transversal a la construcción) está físicamente limitado. En este caso, los dos sensores de BP pueden estar dispuestos en caras laterales opuestas del bloque 2.
En otra realización, las etapas anteriores para incrustar un sensor de deformación de tira de buckypaper 3 dentro de una cara lateral de un bloque elastomérico 2, se repiten tres veces, de manera que cuatro sensores 3 están incrustados dentro de cuatro caras laterales del bloque 2, permitiendo por tanto una medición más optimizada de una posición deformada del bloque paralelepipédico 2. De nuevo, se puede utilizar una única primera lámina 41 de material elastomérico, rodeando las cuatro caras laterales del bloque, y se puede utilizar una única segunda lámina 42 de material elastomérico, rodeando las cuatro caras laterales del bloque una vez colocados los cuatro sensores. Debido a que se obtienen dos vectores de posición de dos puntos diferentes de la cara superior del soporte, se obtiene por tanto un conocimiento más preciso del comportamiento del soporte.
Como se muestra en la etapa 16 de la Figura 1, el bloque elastomérico 2 que tiene las láminas 41, 42 y el sensor de deformación 3 adheridos al mismo (o más de un sensor y los correspondientes pares de láminas, en las respectivas caras laterales del bloque 2) se vulcaniza después usando una prensa que tiene pinzas de molde 100. Por ejemplo, las pinzas laterales de molde están hechas de varias piezas metálicas configuradas para confinar lateralmente el bloque 2, de tal manera que una prensa superior aplica presión sobre las pinzas de molde y el bloque 2 confinado en el mismo. En particular, la prensa puede aplicar una presión de entre 15 kg/cm2-25 kg/cm2 al bloque elastomérico 2. Para evitar que los cables 32 se dañen, salen de la prensa a través de orificios dedicados 5 proporcionados en las pinzas de molde 100. La capa de epoxi descrita anteriormente garantiza que las conexiones de cables, que permanecen dentro de la prensa durante el proceso de vulcanización, no se dañan por la alta temperatura y presión. La Figura 2d muestra el bloque elastomérico 2 introducido en la prensa (pinzas de molde) con los cables 32 saliendo a través de los orificios 5 proporcionados en las pinzas de molde 100. Posteriormente, la compresión se realiza mediante una placa superior que se mueve hacia abajo desde arriba.
La Figura 3a muestra el resultado final de este método. Se produce un soporte elastomérico sensorizado terminado 1 que comprende un bloque elastomérico 2 que tiene un sensor de deformación de tira de buckypaper 3 incrustado en una cara lateral del mismo. Durante el uso, un equipo de adquisición de datos de dos alambres conectado a los alambres 32 es suficiente para obtener la resistencia del sensor de deformación de tira de buckypaper 3. No se necesitan amplificadores ni acondicionadores de señal. Este novedoso soporte elastomérico sensorizado 1 se puede utilizar en cualquier tipo de soportes utilizados en la construcción, p.ej., de tipo A, B, etc., como se describe, por ejemplo, en UNE-EN 1337-3:2005. Como ya se ha explicado, el soporte final 1 puede tener más de un sensor 3 incrustado. Por ejemplo, puede tener 2 sensores incrustados en caras laterales perpendiculares (adyacentes) del bloque 2, como se muestra en la Figura 3b. O puede tener 4 sensores incrustados, incrustándose cada sensor en cada una de las cuatro caras laterales del bloque paralelepipédico 2.
Por último, las Figuras 4a-b y 5a-b muestran el resultado de las pruebas realizadas cuando el soporte elastomérico sensorizado 1 que tiene un sensor (Figura 3a) se somete respectivamente a cargas verticales y horizontales. Se determina el cambio en la resistencia eléctrica del sensor de deformación de tira de buckypaper 3 durante las pruebas. Las Figuras 4a-b muestran respectivamente la resistencia del sensor (R, en ohmios) y el desplazamiento vertical (VD, en milímetros) frente al tiempo (t, en segundos), mientras que las Figura 5a-b muestran respectivamente la resistencia del sensor (R, en ohmios) y el desplazamiento horizontal (HD, en milímetros) frente al tiempo (t).
Como se ha explicado, el método descrito anteriormente se puede emplear para producir un soporte elastomérico sensorizado que tiene uno o dos pares de sensores de deformación de tira de buckypaper 3 incrustados en lados laterales opuestos del bloque elastomérico 2. Combinando la información obtenida de cada uno de los sensores de deformación de tira de buckypaper 3, esta configuración permite detectar la deformación del bloque elastomérico 2.
La Figura 6 muestra un soporte elastomérico sensorizado 1 que comprende un bloque elastomérico cilíndrico 2 y dos pares de sensores de deformación de tira de buckypaper 3. Por lo tanto, la superficie cilíndrica lateral del bloque elastomérico cilíndrico 2 está dividida en cuatro porciones similares. Para mantener la redacción utilizada hasta ahora, cada una de dichas porciones se denomina en el presente documento cara lateral. En particular, cada cara lateral es una sección de la superficie cilíndrica lateral del bloque elastomérico 2 cilíndrico que tiene una curvatura de aproximadamente 90°. Un respectivo sensor de deformación de tira de buckypaper 3 se proporciona diagonalmente, por ejemplo, desde sustancialmente un centro de cada cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral. Los sensores de deformación de tira de buckypaper 3 se proporcionan en la misma posición geométrica en las cuatro caras laterales. Ninguno de los cuatro sensores de deformación de tira de buckypaper 3 hace contacto con ningún otro sensor de deformación de tira de buckypaper 3. Tenga en cuenta que sólo tres de los sensores de deformación de la tira de buckypaper son visibles en la figura, estando el cuarto sensor de deformación de tira de buckypaper oculto detrás del bloque elastomérico 2. Estos sensores de deformación de tira de buckypaper 3 pueden incrustarse en las caras laterales de este bloque elastomérico 2 mediante el método de la invención descrito anteriormente en el presente documento.
Cuando este soporte elastomérico sensorizado 1 se somete a una carga, el bloque elastomérico cilíndrico 2 se deforma. Las características de la deformación que sufre el bloque elastomérico 2 dependen de la dirección, magnitud y localización de la carga. En cualquier caso, en respuesta a dicha deformación del bloque elastomérico 2, cada uno de los cuatro sensores de deformación de tira de buckypaper 3 dispuestos en sus caras laterales se deforma también. Como se ha divulgado anteriormente con respecto al soporte 1 de las Figuras 3a-3b, la deformación provoca un cambio en la resistencia de los sensores de deformación de tira de buckypaper 3, y este cambio en la resistencia es detectado por el equipo de adquisición respectivo. Un análisis vectorial de la señal eléctrica recibida de los cuatro sensores de deformación de tira de buckypaper 3 permite obtener la deformación del bloque elastomérico 2.
Aunque el soporte 1 mostrado en la Figura 6 tiene cuatro sensores de BP incrustados, en una realización más general, el bloque cilíndrico 2 puede comprender un único sensor de BP incrustado en una de sus caras laterales. Como alternativa, puede comprender dos sensores de BP incrustados en diferentes caras laterales del mismo.
La presente invención obviamente no se limita a las realizaciones específica descritas en el presente documento, sino que también abarca cualquier variación que pueda ser considerada por cualquier persona experta en la técnica (por ejemplo, en cuanto a la elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro del alcance general de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar un soporte elastomérico sensorizado (1),caracterizado porcomprender las siguientes etapas:
adherir una primera lámina (41) de material elastomérico sobre una cara lateral de un bloque elastomérico (2); adherir un sensor de deformación de tira de buckypaper (3) a lo largo de una dirección diagonal de dicha primera lámina (41) de material elastomérico- para medir las deformaciones del bloque elastomérico (2) tanto en una dirección vertical como en una horizontal;
adherir una segunda lámina (42) de material elastomérico sobre la primera lámina (41) de material elastomérico, de manera que el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) quede intercalado entremedio;
someter el bloque elastomérico (2), con la primera lámina (41), el sensor de deformación de buckypaper (3) y la segunda lámina (41) adherida al mismo, a un proceso de vulcanización.
2. El método de la reivindicación 1, en donde cuando el bloque elastomérico (2) tiene forma paralelepipédica, el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) se extiende en diagonal desde una esquina inferior de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral.
3. El método de la reivindicación 1, en donde cuando el bloque elastomérico (2) tiene forma cilíndrica, el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) se extiende en diagonal desde una porción central de la cara lateral.
4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende además una etapa inicial de remojar el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) en una solución polimérica o combinar el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) con un material polimérico, para aumentar su capacidad de elongación.
5. El método de la reivindicación 4, en donde el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) se remoja en una solución polimérica, en donde la etapa de remojo comprende además:
obtener una solución de alcohol polivinílico que tiene entre 0,5 y 15 % en peso de alcohol polivinílico; remojar el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) en dicha solución de alcohol polivinílico durante un periodo de 15-25 horas; y
secar el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) en un horno de vacío.
6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende además conectar alambres eléctricos (32) a respectivos extremos opuestos del sensor de deformación de tira de buckypaper (3).
7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que comprende además impregnar la primera lámina (41) y la segunda lámina (42) con un betún viscoso antes de colocar el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) entremedio.
8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que comprende además adherir otro sensor de deformación de tira de buckypaper sobre otra cara lateral del bloque elastomérico, intercalado entre láminas correspondientes de material elastomérico.
9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde la etapa de vulcanización comprende someter el bloque elastomérico (2), con el sensor o sensores de deformación de buckypaper incrustados (3), a una temperatura de 120 °C-160 °C y a una presión de 15 kg/cm2-25 kg/cm2.
10. Un soporte elastomérico sensorizado (1) que comprende un bloque elastomérico (2),caracterizado por queel soporte elastomérico sensorizado (1) comprende un sensor de deformación de tira de buckypaper (3) incrustado en una dirección diagonal de una cara lateral del bloque elastomérico (2),
en donde el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) está incrustado entre una primera lámina (41) y una segunda lámina (42) de material elastomérico adherido a dicha cara lateral del bloque elastomérico (2).
11. El soporte elastomérico sensorizado (1) de la reivindicación 10, en donde el bloque elastomérico (2) tiene forma paralelepipédica, extendiéndose el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) en diagonal desde una esquina inferior de la cara lateral hasta una esquina superior de dicha cara lateral.
12. El soporte elastomérico sensorizado (1) de la reivindicación 10, en donde el bloque elastomérico (2) tiene forma cilíndrica, extendiéndose el sensor de deformación de tira de buckypaper (3) en diagonal desde una porción central de la cara lateral.
13. El soporte elastomérico sensorizado (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, que comprende un par de sensores de deformación de tira de buckypaper (3).
14. El soporte elastomérico sensorizado (1) de una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, que comprende dos pares de sensores de deformación de tira de buckypaper (3), estando los sensores de deformación de tira de buckypaper (3) de cada par dispuestos en respectivas caras laterales opuestas del bloque elastomérico(2).
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