CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención se relaciona con el monitoreo de estructuras sólidas como por ejemplo macizos rocoso o excavaciones en las industrias geológicas, mineras, de exploración minera, de la construcción y geotécnica. En particular, la presente invención consiste en un sensor de deformaciones lineales de una estructura sólida o macizo rocoso y método de uso de dicho sensor de deformaciones lineales de macizo rocoso para obtener un perfil de deformaciones lineales.

ANTECEDENTES

Usual mente según el actual estado del arte, para el monitoreo de deformaciones al interior de un macizo rocoso se utiliza un instrumento llamado extensómetro, que corresponde a un cable de acero que se ancla en el fondo de un pozo y se pretensa en la salida. Puesto que este instrumento se ancla en dos puntos distanciado de algunos centímetros y mide la deformación relativa entre éstos puntos. Luego la implementación de mediciones en red, requiere de la instalación de un dispositivo de adquisición de datos para el extensómetro (datalogger), sin embargo, a menudo la delicada electrónica asociada al datalogger se daña por la excesiva humedad presente según las condiciones ambientales. Por lo cual, el uso de los extensómetros con datalogger para monitoreo en línea de deformaciones tiene un uso limitado según las condiciones ambientales, lo cual no resulta apropiado para el monitoreo de deformaciones al interior de un macizo rocoso. Por otra parte, los extensómetros no permiten una medición de las deformaciones a lo largo de un tramo muy extenso, como en un macizo rocoso, puesto que solo permiten medir entre puntos separados de solo algunos centímetros.

Por otra parte, en el estado del arte existen otras soluciones para medir distorsiones estructurales que utilizan sensores a base de fibra óptica en conjunto con el método de Reflecto metría de Dominio Temporal Óptica de Brillouin (BOTDR - Brouillion Optical Time Domain Reflecto metry). Como por ejemplo, la solicitud de patente Japonesa JP2006/242.743, intitulada "Dispositivo de Detección y Método de Realización" que se relaciona con un detector, método de construcción y uso del detector para medir distorsión en estructuras tales como túneles y puentes por el comportamiento de la tierra. El detector tiene un tubo formado de una resina tipo poliolefina y fibra óptica. El tubo tiene una canaleta para insertar la fibra óptica. El tubo y la superficie externa de la fibra óptica están fusionados. El contorno del detector dentro del tubo es llenado con relleno de cemento. Sin embargo, la invención descrita en este documento del arte previo presenta las siguientes desventajas:

i) el tubo debe ser confeccionado para cada aplicación en particular, o bien hacer ranuras a alguno ya existente a lo largo de toda su extensión. Para algunas aplicaciones en minería, esta extensión podría ser de 10-15 m de longitud o incluso mucho mayor, lo que hace impracticable la fabricación de este tipo de tubos para los detectores;

ii) el detector requiere ser ensamblado completamente antes de su instalación, lo que también presenta problema al momento de la instalación en longitudes muy grandes; y iii) el detector no presenta medios para asegurar su fijación a la estructura y asegurar la transmisión de la deformación de dicha estructura al detector y a la fibra óptica.

En el estado del arte también se encuentra la invención descrita en la Solicitud de Patente estadounidense US2009/0.034.903, intitulada "Dispositivo Sensor de Deformación y Método para Medir Deformación", en donde se describe un dispositivo sensor de deformación que tiene un sub-ensamble con al menos una fibra óptica en él y un recubrimiento metálico envolviendo el sub-ensamble. El recubrimiento metálico está solidariamente acoplado al sub-ensamble. El documento menciona varios métodos de fabricación, que incluyen proveer un tubo de acero inoxidable en donde se fabrica el dispositivo sensor antes de su ubicación, o en caso de querer ensamblarse a medida que se introduzca en un lugar de interés, debe generar según la solución propuesta en el documento de patente europea EP 0299123, que involucra una maquinaria importante a transportarse in situ. Por lo cual, para longitudes muy grandes, el ensamble de este dispositivo genera un importante problema de logística. Por otra parte, no se menciona un procedimiento para fijar adecuadamente el dispositivo sensor a la estructura que será observada, por lo que no puede asegurarse la transmisión efectiva de la deformación de dicha estructura al propio dispositivo sensor y por lo tanto no puede asegurarse la correcta medición de la deformación de la estructura.

Si bien existen sistemas de monitoreo de deformaciones, su instalación práctica en faenas mineras u otras estructuras rocosas resulta muy difícil debido a las grandes longitudes que son monitorizadas y la dificultad de fijar solidariamente estos sistemas de monitoreo para obtener un perfil de deformaciones fidedigno puestos que estos están orientados principalmente a incorporarse durante la edificaciones de construcciones civiles y no para utilizarse a lo largo de grandes longitudes de estructuras como macizos rocosos. Se observa en el estado del arte la dificultad de instalar un sensor de largo alcance para obtener un perfil de deformaciones hasta grandes profundidades de dichas estructuras.

La presente invención propone un dispositivo y un método para obtener un perfil de deformaciones lineales para monitorizar en el interior de una estructura sólida como por ejemplo un macizo rocoso, que tenga un largo alcance y la capacidad de ser ensamblado en terreno mediante un armado modular gracias a una combinación de piezas tubulares con medios de acoples y desacoples; y que asegure la transmisión de las deformaciones de dicha estructura al propio sensor mediante un mecanismo de anclaje de dicho dispositivo y mediante la aplicación de dicho método.

A continuación se mencionan los efectos ventajosos de la presente invención:

1 . Facilidad de armado e instalación comparada a las soluciones del arte previo mediante un ensamblado modular. El ensamblado final se realiza in-situ, lo que facilita el transporte y permite instalar el sensor en grandes extensiones.

2. El ensamblado modular de pocas piezas que pueden variar su tamaño según la perforación a realizar (tanto en su largo como su diámetro) en el macizo rocoso u la estructura a monitorizar. 3. Permite obtener un perfil en profundidad de deformaciones de una roca y no solo en un punto como en el caso de los extensómetros (strain-gage).

4. El sensor no comprende componentes electrónicos por lo que no le afecta la humedad, o el ruido electromagnético.

5. La medición puede ser línea y continua (tiempo mínimo de muestreo: 10 minutos).

6. El pozo a monitorear se puede encontrar a cualquier distancia, por ejemplo a kilómetros del lugar de adquisición de los datos.

La presente invención se aplica principalmente al monitoreo de estructuras críticas o macizos rocoso en excavaciones de la minería y la industria de la construcción para asegurar las faenas dentro de las excavaciones y predecir fallas estructurales y evitar derrumbes de estas estructuras.

BREVE DESCRI PCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 ilustra el dispositivo sensor de acuerdo a la presente invención instalado en un macizo rocoso con el método de acuerdo a la presente invención.

La figura 2 es una vista frontal del dispositivo sensor de la presente invención anclado a un macizo rocoso.

La figura 3 es una vista en corte lateral del dispositivo sensor de la presente invención.

La figura 4 ilustra una vista lateral de un compartimiento cilindrico (200) del dispositivo sensor de la presente invención.

La figura 5 ilustra una vista lateral de una pieza soporte (300) del dispositivo sensor de la presente invención. La figura 6 ilustra una vista frontal de una pieza soporte (300) del dispositivo sensor de la presente invención.

La figura 7 ilustra una vista lateral de un tubo posicionador (400) del dispositivo sensor de la presente invención.

La figura 8 ilustra una vista lateral de un tubo modular (600) del dispositivo sensor de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Como puede apreciar en las figuras 1 a 8, la presente invención consiste en un dispositivo sensor (10) para obtener un perfil de deformaciones lineales en una estructura sólida (20) que comprende:

medios de anclaje (100) solidarios a un compartimiento cilindrico (200) para fijarse dentro de una perforación en dicha estructura sólida;

dicho compartimiento cilindrico (200) de diámetro D que comprende medios de fijación (201 ) en su extremo opuesto y en su manto interno;

una pieza de soporte (300) cilindrica con medios de fijación delanteros (301 ) complementarios a dichos medios de fijación (201 ) del compartimiento cilindrico (200), con dos perforaciones longitudinales (302) diametral mente opuestas y primeros medios de acople y desacople (303) en su extremo posterior más próximas al eje axial de la pieza de soporte (300) que dichas perforaciones (302);

un tubo posicionador (400) con medios de acople y desacople delanteros (401 ) complementarios a los primeros medios de acople y desacople (303) de la pieza soporte (300) en su extremo anterior, con un diámetro menor al diámetro donde se ubican las perforaciones longitudinales (302) en la pieza soporte (300) y con segundos medios de acople y desacople (402) en su extremo posterior; una fibra óptica (500) dispuesta a través de dichas dos perforaciones longitudinales (302) y doblada con un radio de curvatura de al menos 5 mm dentro de dicho compartimiento cilindrico (200) y que sobresale por la parte posterior de la pieza soporte (300) y longitudinalmente al manto externo del tubo posicionador (400); y

al menos un tubo modular (600) con un diámetro sustancial mente similar al diámetro del tubo posicionador (400), dicho tubo modular (600) comprende segundos medios de acople y desacople delanteros (601 ) en su extremo anterior y terceros medios de acople y desacople (602) en su extremo posterior, en donde dichos segundos medios de acople y desacople delanteros (601 ) son complementarios a los segundos medios de acople y desacople (402) de dicho tubo posicionador (400) y a dichos terceros medios de acople y desacople (602) de dicho tubo modular (600).

Según se aprecia en la figura 3, el medio de anclaje (100) comprende un un tubo cónico (1 10) que se expande hacia el extremo anterior (1 1 1 ) y solidario en su extremo posterior (1 12) al compartimiento cilindrico (200); alrededor de dicho tubo cónico (1 10), un anillo de anclaje (120) que comprende exteriormente una pluralidad de cuñas (121 ) para su adhesión a la estructura sólida, con ranura longitudinal (122) para permitir su expansión y contracción según su posición en el tubo cónico (1 10) y con un perfil de diámetro interno (123) de pendiente cónica complementario al tubo cónico (1 10); y un resorte (130) dispuesto entre el compartimiento cilindrico (200) y el anillo de anclaje (120). En otro objeto de la presente invención, se provee un método de instalación del dispositivo sensor (10) para obtener un perfil de deformaciones lineales en una estructura sólida (20) mediante que comprende las siguientes etapas:

a) Acoplar mediante primeros medios de acople y desacople (303), un tubo posicionador (400) a un pieza soporte (300) de un dispositivo sensor (10) que comprende medios de anclaje (100) y una fibra óptica (500) doblada con un radio de curvatura de al menos 5 mm dentro de dicho dispositivo sensor (10) y que sobresale por la parte posterior de la pieza soporte (300), y en donde dicho tubo posicionador (400) comprende segundos medios de acople y desacople (402) en su extremo posterior;

b) Introducir en una perforación de la estructura sólida (20), el dispositivo sensor (10) acoplado con el tubo posicionador (400) hasta el largo de dicho tubo posicionador (400), manteniendo la fibra óptica (500) fuera de dicha perforación;

c) Acoplar un tubo modular (600) con el tubo posicionador (400), en donde dicho tubo modular (600) comprende terceros medios de acople y desacople (602) en su extremo posterior;

d) Empujar el dispositivo sensor (10) por la perforación hasta el largo del tubo modular (600), manteniendo la fibra óptica (500) fuera de dicha perforación;

e) Repetir los pasos c) y d) hasta ubicar el dispositivo sensor (10) en la profundidad deseada; f) Desacoplar el tubo posicionador (400) de la pieza soporte (10) mediante medios de acople y desacople delanteros (401 ) de dicho tubo posicionador (400);

g) Retirar el tubo posicionador (400), manteniendo la fibra óptica (500) fuera de la perforación;

h) Tensar dicha fibra óptica (500); y

i) Rellenar la perforación con un medio sólido (30) de características mecánicas similares a la estructura sólida (20).

Modos alternativos de la Invención

De acuerdo a un ensamble preferido de la presente invención, la fibra óptica (500) comprende un envoltorio texturizado para una mejor adherencia con el medio sólido (30) al instalarse el dispositivo sensor (10).

Según se aprecia en la figura 3 y de acuerdo a un ensamble preferido de la presente invención, la fibra óptica (500) es compuesta por dos fibras ópticas (501 ) fusionadas en un extremo con una fibra óptica ultra flexible (502), en donde dicha fibra óptica ultra flexible (501 ) se dispone doblada dentro del compartimiento cilindrico (200).

A continuación, se entiende por un hilo con giro horario a un hilo convencional con sentido horario de avance, y hilo con giro anti-horario a un hilo no-convencional con sentido anti-horario de avance.

Según se aprecia en las figuras 4 a 8, los primeros medios de acople y desacople (303) consisten en un hilo macho de giro anti-horario, y los medios de acople y desacople delanteros (401 ) en un hilo hembra de giro anti-horario; y los segundos y terceros medios de acople y desacople (402, 602) consisten en un hilo macho de giro horario, y los segundos medios de acople y desacople delanteros (601 ) en un hilo hembra de giro horario.

De acuerdo a otro ensamble de la presente invención, los primeros medios de acople y desacople (303) consisten en un hilo macho de giro horario, y los medios de acople y desacople delanteros (401 ) en un hilo hembra de giro horario; y los segundos y terceros medios de acople y desacople (402, 602) consisten en un hilo macho de giro anti-horario, y los segundos medios de acople y desacople delanteros (601 ) en un hilo hembra de giro anti-horario.

Según se aprecia en la figura 6 y de acuerdo a un ensamble preferido de la invención, las dos perforaciones longitudinales (302) diametral mente opuestas, se ubican entre 5 a 20 mm del manto de la pieza soporte (300) y tienen un diámetro entre 1 y 5 mm,

De acuerdo a un ensamble preferido de la invención, en la etapa e) del método de instalación del dispositivo sensor (10), el medio sólido (20) consiste en cemento o una mezcla de cemento y arcilla.