Instrumentación aplicada a la edificación (9) Células de presión

DESCRIPCIÓN

Las células de presión son aparatos utilizados para el control de movimientos y deformaciones en el terreno, en estructuras de hormigón, en cimentaciones,etc. Estos aparatos están formados por una célula plana circular compuesta por dos placas de acero inoxidable unidas por su perímetro. Dentro de las placas habrá un fluido colocado al vacío que funcionará a modo de diafragma, donde se recibirá el movimiento de la masa.

Con este instrumento mediremos la presión que ejerce el volumen a controlar sobre la célula, que se transmitirá mediante un cable a un transductor que dará finalmente la variación y la unidad de medida que se desee.

células de presiónUTILIDADES

Los principales usos de las células de presión se recogen en el siguiente listado:

  • Las células de presión se utilizan para verificar el diseño supuesto y el exceso de presión sobre las estructuras.

  • Miden la presión combinada de la tensión efectiva y la presión del agua intersticial.

  • Recolección de datos para determinar la distribución/orientación de la tensión total.

  • Medición de la presión de contacto en cimentaciones.

  • Medición de la presión total en las estructuras durante el relleno.

  • Comprobación de la densidad de los rellenos en las presas. Comprobaciones de características técnicas de proyecto de estructuras de hormigón tras colocar puntales y otras estructuras de apuntalamiento o anclajes.

  • Monitoreo de variaciones de presiones del terreno o estructuras frente a nuevas actuaciones adyacentes.

    células de presión uso

FUNCIONAMIENTO DEL INSTRUMENTAL

“La célula de presión está formada por dos placas circulares de acero inoxidable. Los bordes de las placas se sueldan entre sí para formar una cavidad sellada, que se llena con fluido. A continuación, un transductor de presión está unido a la célula.

La celda se instala con su superficie sensible en contacto directo con el suelo o con la construcción que se vaya a controlar. La presión total que actúa sobre la superficie que se transmite al fluido dentro de la célula se mide por el transductor de presión.

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La células de presión se incrustan en las estructuras. Se instalan a menudo en forma de matriz, repartidas sobre el terreno. Cada célula se coloca en una orientación diferente y cubierto con relleno compactado.

En las estructuras, la célula se pone típicamente en un rebaje de modo que su lado sensible esté a ras con la superficie de la estructura”1.

TIPOS DE CÉLULAS DE PRESIÓN

Célula de presión total

“Las células de presión total para terrenos se emplean para el control de la presión que actúa bajo terraplenes o presas de tierra y en el contacto entre el terreno y el trasdós de muros de contención.

Las células de presión total están constituidas por dos placas de acero inoxidables soldadas a lo largo de todo su perímetro; el espacio entre las dos placas se rellena al vacío con aceite desaireado.

La célula así construida está conectada a un transductor de presión por medio de un tubo de acero inoxidable, formando un circuito hidráulico cerrado.

La presión que actúa sobre la célula se transmite al transductor de presión a través del aceite y este la transforma en una señal eléctrica que puede ser leída por una unidad de lectura o por un datalogger.

Las células de presión total podrán tener transductores de cuerda vibrante y transductores eléctricos”2.Células de presión total

Célula de presión radial y tangencial

“Las células de presión radial y tangencial se emplean para controlar el estado tensional en sostenimientos y revestimientos de túneles de hormigón proyectado y de hormigón.

Las células de presión están constituidas por una célula cerrada conectada a un transductor de presión por medio de tubo hidráulico.

La cavidad interna de la célula y tubo hidráulico son rellenadas al vacío, con aceite desaireado para obtener  la mínima compresibilidad del sistema. La rigidez total del sistema está asegurada por el transductor de presión con sensor cerámico que garantiza una variación de volumen insignificante con respecto al volumen de fluido contenido en el interior de la célula”3.Células de presión radial y tangencial

Célula de presión hidráulica

“Las células de presión hidráulica han sido ideadas para medir el estado tensional en bloques de hormigón, roca o en la superficie de contacto entre una estructura y el terreno.

La célula está constituida por dos placas soldadas a lo largo de todo su perímetro; el espacio entre las dos placas se rellena al vacío con aceite desaireado, que garantiza la mínima compresibilidad del sistema. Un tubo hidráulico une la célula a un transductor de presiones con sensor de cuerda vibrante o sensor cerámico.

Para expandir la célula después del curado del hormigón, se pueden suministrar una bomba especial para represurizar el sistema.

Las lecturas pueden ser ejecutadas manualmente con una central portátil o de manera automática por medio de un datalogger”4.

Podemos encontrar células de presión con distintos sensores: eléctricos, cerámicos y de cuerda vibrante. Como existen infinidad de casas comerciales con sus respectivos modelos de este instrumental, se ha centrado la investigación en este caso en las células de presión total con sensor de cuerda vibrante. Este tipo de aparato son los más significativos por su utilización en la vida real y su gran aceptación en el mercado actual.

Célula de presión total de cuerda vibrante

“La célula de presión de cuerda vibrante consiste en una célula plana circular compuesta por dos placas de acero inoxidable unidas por su perímetro.

El espacio existente entre las placas se encuentra relleno de aceite hidráulico. El transductor de cuerda vibrante se conecta a la célula mediante una pequeña tubería de acero inoxidable formando un sistema hidráulico cerrado. Un cable apantallado conecta el transductor a una unidad terminal o directamente a una unidad de lectura”5.

“La célula de presión trabaja según el principio de la cuerda vibrante donde una cuerda tensada está unida a un diafragma. La presión sobre la célula actúa en un lado del diafragma existiendo una relación directa entre la presión sobre el diafragma y la tensión de la cuerda. La cuerda se excita mediante una bobina adyacente a la misma. La frecuencia de resonancia resultante es entonces registrada por la misma bobina y mostrada en el instrumento de lectura.

Las lecturas obtenidas se muestran en unidades de frecuencia o, introduciendo el factor de calibración del instrumento, en unidades de ingeniería. El instrumento está embebido en el terreno o en la superficie de la estructura a controlar”6.

Dentro de las células de presión por cuerda vibrante, existen diferentes modelos clasificados según su uso. Sus tipos son:

Células de presión para tierra o suelo

“La célula de presión para suelos está diseñada para medir la presión total en rellenos de tierra y en terraplenes. El flexible y circular cuerpo hidráulico está fabricado a partir de dos discos de acero inoxidable  soldados alrededor de la periferia mediante haz de electrones. El cuerpo hidráulico se conecta al sensor de cuerda vibrante a través de un tubo de acero inoxidable. La estrecha cavidad en el interior del cuerpo hidráulico y en el tubo está llena de fluido. La presión aplicada por el terreno sobre la cápsula se transmite a través del fluido hasta el sensor de cuerda vibrante, el cual la convierte en una señal eléctrica”7.

Célula de presión para tierra o suelo

Células de presión para hormigón

“La célula de presión para hormigón está diseñada para ser embebida en hormigón. Este sensor es similar al mencionado anteriormente, a excepción de que tiene un tubo de represurización . Tras el fraguado del hormigón y para garantizar un correcto contacto entre el cuerpo hidráulico y el hormigón circundante, el tubo de represurización se aprieta empujando el fluido al interior del cuerpo hidráulico para expandirlo o inflarlo”8.

Célula de presión para tierra o suelo

Células de presión para hormigón proyectado

“Este modelo es una célula de presión para hormigón proyectado diseñada para medir las tensiones radiales y tangenciales en el sostenimiento de hormigón proyectado de túneles. La célula consiste en un cuerpo hidráulico rectangular fabricado a partir de dos láminas de acero inoxidable soldadas alrededor de su contorno. El cuerpo hidráulico se conecta al sensor de presión de cuerda vibrante a través de un tubo de acero inoxidable.

La cavidad del interior del cuerpo hidráulico y del sensor de presión se llena de fluido sin aire. Se suministra un tubo de represurización para inflar el cuerpo hidráulico después de que el hormigón que lo envuelve haya fraguado completamente, para asegurar un correcto contacto entre el cuerpo hidráulico y el hormigón circundante”9.

Células de presión para hormigón proyectado

Células de presión para el contacto entre suelo y roca-hormigón

“Esta  célula de presión está diseñada para medir la presión en el contacto entre el suelo y la roca o el hormigón. La fabricación es similar a la del modelo células de presión para tierra o suelo, a excepción de que el diafragma del lado de la roca hormigón del cuerpo hidráulico es más grueso para minimizar los efectos de carga puntual”10.

Célula de presión, contacto suelo y roca-hormigón

Células de presión tipo gato

“La célula de presión tipo gato está diseñada para medir la tensión en la base de la losas, pantallas, slurry walls, etc. Consiste en un diafragma fino, flexible, redondo y liso de acero inoxidable soldado mediante haz de electrones alrededor de la periferia a una gruesa y rígida lámina posterior dejando un estrecho espacio entre las dos. Se suelda mediante haz de electrones un sensor de cuerda vibrante concéntrico a la lámina posterior. La cavidad existente en el interior del sensor se llena con fluido sin aire”11.

Célula de presión tipo gato

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

Según los catálogos comerciales revisados, se han realizados las siguientes tablas resúmenes:

Trabajo Fin de Grado ANÁLISIS DE LA INSTRUMENTACIÓN APLICADA A LA EDIFICACIÓN cedido por María del Carmen Gómez López, Ingeniero de la Edificación (margomlop5@gmail.com)

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CITAS BIBLIOGRÁFICAS:

  1. Slopeindicator.com. España: Slope Indicator: 2014(citado 20 abril 2015) Disponible en: http://www.slopeindicator.com/index.php 
  2. Sisgeo. Células de presión y de carga. Sisgeo. 2014 Vol:(2):14-15.
  3. Sisgeo. Células de presión y de carga. Sisgeo. 2014 Vol:(2):14-15.
  4. Slopeindicator.com. España: Slope Indicator: 2014(citado 20 abril 2015) Disponible en: http://www.slopeindicator.com/index.php 
  5. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.
  6. inmateinsa.com. España: Inmateinsa: 2014 (citado 20 de abril 2015) Disponible en: http://www.inmateinsa.com/obracivil/celulaspresioncuerdavibrante.pdf
  7. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.
  8. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.
  9. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.
  10. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.
  11. Mekano4. Células de presión. Catálogo Mekano . 2013 Vol:(2): 6-7.