Medición de microdeformaciones en losas viales usando sensores de redes de Braggen fibras ópticas

Microdeformation measurement of concrete roadway slabs using fiber Bragg gratings

En este trabajo se presenta un método no invasivo para la medición de microdeformaciones en estructuras de concreto usando sensores de redes de Bragg en fibras ópticas adheridos a su superficie. Se realizan mediciones en losas viales de concreto bajo una carga estática de 10 kN, encontrándose una relación aproximada de 2 : 1 entre la deformación registrada por los sensores y los valores arrojados por una simulación computacional con el método de elementos finitos. Se propone el uso de estos sensores para el monitoreo estructural de losas en una malla vial con sensores distribuidos y multiplexados por longitud de onda. Este es el primer reporte en Colombia de medición de deformación de losas viales usando sensores de fibra óptica.

1 INTRODUCCIÓN

El uso limitado de los pavimentos ríıgidos se debe principalmente a que los pavimentos flexibles presentan menores costos y mayores facilidades para su construcción [1], sin embargo, los primeros presentan un bajo deterioro y gran durabilidad por su gran resistencia mecánica, pero a pesar de esto, las sobrecargas por el paso de los vehículos producen microdeformaciones en las losas, que en algunos casos son suficientes para generar grietas o fracturas. Con interés en esta problemática, se implementan sistemas de control y monitoreo [2], para conocer in–situ y en tiempo real el estado de la vía, y usar esta información en la elaboración de planes de mantenimiento preventivo y correctivo [3]. Estos sistemas usan sensores de deformación embebidos en el pavimento [4] y sensores de desplazamiento para medición de la separación en las juntas, los cuales requieren la inserción de los sensores en la vía durante el proceso de construcción, o en la estructura construida, alterando la misma. Adicionalmente, la mayoría de sensores tradicionales son afectados por las condiciones ambientales como la humedad o el calor, que modifican su respuesta y causan su deterioro [3]. Para superar estos inconvenientes, recientemente se han implementado sensores de fibra óptica, dadas las ventajas que ofrecen sus dimensiones tan reducidas y que al estar fabricados de vidrio pueden utilizarse en ambientes agresivos, siendo además fáciles de multiplexar, permitiendo el sensado de grandes estructuras [5]. En estructuras civiles, se usan los sensores basados en redes de Bragg en fibra óptica (FBG) que miden directamente deformación y temperatura con una sensitividad de 1,2 pm/µε (corrimiento espectral de la respuesta de la FBG por unidad de deformación) y 13 pm/◦C respectivamente [6], así como Reflectómetros Opticos (OTDR) para la detección temprana de grietas [7].  Actualmente, la mayoría de los esquemas de sensado con esta técnica se estudian e implementan a nivel de laboratorio, mediante pruebas en especímenes y ensayos destructivos [8], [9].