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Patente nacional por "Sistema y procedimiento de medida de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica, firme asfáltico que la comprende y procedimiento de obtención de dicho firme asfáltico"

Este registro ha sido solicitado por

Persona física

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ELZABURU, S.L.P

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  • Estado: Vigente
  • País:
  • España 
  • Fecha solicitud:
  • 22/09/2023 
  • Número solicitud:
  • P202330794 

  • Número publicación:
  • ES2959888 

  • Fecha de concesión:
  •  

  • Inventores:
  • Persona física 

  • Datos del titular:
  • Persona física 
  • Datos del representante:
  • ELZABURU, S.L.P
     
  • Clasificación Internacional de Patentes:
  • E01C 23/01,G01N 27/00 
  • Clasificación Internacional de Patentes de la publicación:
  • E01C 23/01,G01N 27/00 
  • Fecha de vencimiento:
  •  
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registro
Reivindicaciones:
+ ES-2959888_A11. Un sistema de medida de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica de un firme asfáltico (200) multicapa, donde dicha capa asfáltica comprende una mezcla bituminosa (2) , caracterizado por que dicho sistema de medida (100) comprende un circuito eléctrico (101) que comprende: - al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) instalable en una mezcla bituminosa (2) de una capa asfáltica, donde los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se disponen de forma paralela entre ellos en un mismo plano de una superficie de apoyo (9) , siendo dicha superficie de apoyo (9) paralela a las capas del firme asfáltico (200) , definiéndose dos electrodos externos (E1, E4) y dos electrodos internos (E2, E3) , - una fuente de alimentación (8) configurada para aplicar un voltaje V entre los dos electrodos externos (E1, E4) de cada conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , - una resistencia de referencia (Rref) dispuesta de manera previa en serie en el electrodo externo (E1) de cada conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , en asociación de un primer voltímetro (Vref) configurado para determinar la caída de voltaje causada por la resistencia de referencia (Rref) , y - un segundo voltímetro (Vm) configurado para determinar la caída de voltaje entre los electrodos internos (E2, E3) de cada conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . 2. El sistema de medida según la reivindicación 1, donde el sistema de medida (100) comprende además al menos un dispositivo de adquisición de datos (5) , asociado a la fuente de alimentación (8) , al primer voltímetro (Vref) y al segundo voltímetro (Vm) , configurado para almacenar o transmitir datos a un centro de datos (7) . 3. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde el al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) comprende electrodos intra-capa (3) . 4. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, donde el al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) comprende electrodos inter-capas (4) . 5. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde los electrodos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) están dispuestos a una distancia niforme entre ellos. 6. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde los electrodos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) están dispuestos a una distancia variable entre cada par de electrodos consecutivos. 7. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, donde la distancia de separación entre al menos un par de electrodos consecutivos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se encuentra en el rango de 0, 5 - 20 cm. 8. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) comprende un medio de fijación (10) configurado para evitar la modificación de la distancia deseada de separación entre los electrodos durante su instalación en el firme. 9. El sistema de medida según la reivindicación 8, donde el medio de fijación (10) comprende al menos una membrana (11) configurada para ser dispuesta en torno al conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) fijando la distancia de separación entre los electrodos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , en al menos dos tramos de la longitud de los electrodos. 10. El sistema de medida según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, donde el medio de fijación (10) es degradable térmicamente. 11. Un procedimiento de obtención de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica que comprende una mezcla bituminosa (2) , empleando un sistema de medida (100) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por comprender las siguientes etapas: - instalar el sistema de medida (100) , donde el al menos un conjunto de electrodos (E1, E2, E3, E4) se encuentra embebido en una superficie de apoyo (9) dispuesta en una capa que comprende una mezcla bituminosa (2) , - fijar un voltaje entre los dos electrodos externos (E1, E4) del circuito eléctrico (101) del sistema de medida (100) , - determinar la caída de voltaje generada en la resistencia de referencia (Rref) , - determinar la intensidad de corriente del circuito eléctrico (101) , - determinar la caída de voltaje existente entre los electrodos interiores (E2, E3) , y - determinar la resistencia eléctrica de la capa asfáltica (Rm) . 12. Un firme asfáltico multicapa auto-sensorizado caracterizado por que comprende un sistema de medida (100) de la resistencia eléctrica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se encuentra embebido en una superficie de apoyo (9) dispuesta en una capa que comprende una mezcla bituminosa (2) , y paralela al conjunto de capas del firme asfáltico (200) . 13. El firme asfáltico según la reivindicación 12, donde la superficie de apoyo (9) se encuentra situada entre dos capas, comprendiendo una de ellas una mezcla bituminosa 14. El firme asfáltico según la reivindicación 12, donde la superficie de apoyo (9) se encuentra en el interior de una capa de mezcla bituminosa. 15. Un procedimiento de obtención de un firme asfáltico auto-sensorizado según la reivindicación 12, caracterizado por comprender los siguientes pasos: a) preparar una superficie de apoyo (9) paralela a las capas del firme asfáltico (200) ; b) disponer al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) alineados paralelamente sobre dicha superficie de apoyo; c) extender una capa de mezcla bituminosa sobre la superficie de apoyo en la que ya está dispuesto el al menos un conjunto de cuatro electrodos, dando lugar a una capa de mezcla bituminosa de espesor, e, cuya resistencia eléctrica es medible in-situ; y d) compactar la capa recién extendida, obteniendo un firme asfáltico auto-sensorizado. 16. El procedimiento de obtención de un firme asfáltico auto-sensorizado según la reivindicación 15, donde la etapa de preparación de la superficie de apoyo comprende, además, extender parcialmente la capa de mezcla bituminosa a medir, dando lugar a una superficie de apoyo sobre una capa de mezcla bituminosa no compactada de espesor inferior al espesor, e. 17. El procedimiento de obtención de un firme asfáltico auto-sensorizado según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, donde la capa de mezcla bituminosa extendida sobre el plano horizontal del al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) o la capa de mezcla bituminosa que lo alberga en su interior, se colocan en el firme a temperaturas entre 2.- 180 °C. 18. El procedimiento de obtención de un firme asfáltico auto-sensorizado según la reivindicación 17, donde el procedimiento de obtención comprende, además, degradar el medio de fijación (10) de manera previa a la puesta en servicio de la capa.

Los productos y servicios protegidos por este registro son:
E01C 23/01 - G01N 27/00

Descripciones:
+ ES-2959888_A1 Sistema y procedimiento de medida de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica, firme asfáltico que la comprende y procedimiento de obtención de dicho firme asfáltico SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención se encuadra dentro del campo de los firmes asfálticos, por ejemplo, de carreteras. El objetivo principal es la realización de un procedimiento y el equipamiento necesario para medir in-situ y sistemáticamente la resistencia eléctrica de dichos firmes asfálticos, así como el procedimiento de obtención del propio firme. La solución permite generar datos en tiempo real sobre el estado estructural y, en particular, sobre la evolución de la micro y macro fisuración del firme asfáltico. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los firmes asfálticos representan unos de los activos más importantes de un país. Entre ellos, destacan los firmes de carretera ya que permiten la comunicación y el traslado de mercancías y personas, fomentando así el desarrollo económico, cultural y social. A lo largo de su vida útil, el firme de carretera sufre distintos tipos de deterioros, debido a la aplicación de las cargas de tráfico y a las acciones climáticas (temperatura y humedad) . Por lo tanto, es necesaria la adopción de operaciones de conservación vial para mantener el valor patrimonial de la infraestructura y poder garantizar así que la circulación por ella se desarrolle en unas adecuadas condiciones de seguridad, confort y eficiencia. Un firme asfáltico comprende un conjunto de capas paralelas con materiales seleccionados y, generalmente, tratados, que constituyen la superestructura de la plataforma, resiste las cargas del tráfico y permite que la circulación tenga lugar con seguridad y comodidad. Dicho firme asfáltico está formado, de arriba hacia abajo, por diferentes capas como el pavimento y la base, común en los firmes de carreteras para tráficos moderados o bajos. Adicionalmente, el firme asfáltico presenta un conjunto de capas de suelos naturales, el cimiento del firme, sobre las que se sitúa el firme y sirve de apoyo de éste. Generalmente el cimiento del firme es el terreno natural en la cual se apoya toda la estructura del firme. Es ecir, el cimiento del firme no forma parte de la estructura en sí del firme. Sin embargo, la capacidad soporte de dicho cimiento es un factor básico que afecta directamente la selección de los espesores totales de las capas del firme. Su finalidad es resistir las cargas que el tránsito transmite al firme, transmitir y distribuir las cargas al cuerpo del terraplén, evitar que los materiales finos plásticos del cuerpo del terraplén contaminen el pavimento y economizar los espesores de firme. La capa base es la capa de material más inferior del firme asfáltico. Su principal función es la de tener la resistencia estructural para soportar las presiones transmitidas, por ejemplo, por los vehículos. En función de su aplicación final, puede requerir la presencia o no de una capa adicional, o capa subbase. Es decir, el firme puede presentar, opcionalmente, una subbase, situada entre la base y el cimiento, en aquellos firmes asfálticos destinados para carreteras de elevado espesor diseñadas para tráficos pesados. Dicha capa subbase es la capa de material que se construye directamente sobre un cimiento. Sus funciones principales son: reducir el costo del firme disminuyendo el espesor de la base, proteger a la base aislándola del cimiento y/o el agua, y transmitir y distribuir las cargas al cimiento del firme. El pavimento es la parte superior de un firme. Dicho pavimento debe resistir directamente los esfuerzos producidos sobre ella, por ejemplo, a causa de la circulación, proporcionando a ésta una superficie de apoyo cómoda y segura. El pavimento a su vez puede estar formado a su vez por una o dos capas: rodadura e intermedia. Tanto la base como el pavimento presentan la característica de ser subconjuntos que comprenden al menos una capa de mezcla bituminosa a diferencia de la capa opcional subbase formada por una capa granulada o tratada con cemento. La capa de mezcla bituminosa puede ser fabricada según diferentes procesos, pudiendo clasificarse según la temperatura: fabricación en caliente - en un intervalo de temperatura entre 14.- 180 °C-, fabricación a temperatura reducida - temperatura entre 110- 140 °C -, fabricación a temperatura templada -temperatura entre 70-110 °C o fabricación en frío - temperatura entre 2.- 70 °C) . Para la obtención de un firme adecuado es fundamental evitar discontinuidades dentro de dicho firme, tanto en el procedimiento de obtención como durante su mantenimiento, de modo que su integridad no se vea comprometida con el paso del tiempo. Debido a la heterogeneidad de los materiales empleados, incluyendo capas granulares, tratadas con conglomerantes hidráulicos y asfálticas, y la complejidad del comportamiento estructural del conjunto de capas, así como la variedad de climas, es prácticamente imposible predecir con exactitud cuándo se producirán los deterioros a lo largo de la vida útil. Por esta razón, es imprescindible desarrollar sistemas de gestión de firmes para llevar a cabo el seguimiento del comportamiento de los firmes en servicio. El objetivo de los sistemas de gestión de firmes asfálticos es la planificación de las actuaciones de conservación vial que se llevarán a cabo durante toda la vida de servicio del firme. Por esto, una de las tareas más importantes consiste en la recolección de datos fiables sobre el estado de la estructura a través de operaciones sistemáticas de monitoreo in-situ. La creación de la base de datos permite el desarrollo de los denominados "modelos de comportamiento", que representan la variación en función del tiempo de un índice representativo del estado del firme, que puede ser global o específico sobre una propiedad del firme (regularidad superficial, deflexiones, agrietamiento, roderas, etc.) . La utilización de sistemas de gestión, a partir de los datos recolectados, permite establecer criterios de actuación basados en las necesidades reales de los firmes asfálticos e incluso en las necesidades en un futuro inmediato (estrategia de conservación preventiva/predictiva) , optimizando las inversiones en conservación vial y maximizando los beneficios para los usuarios de la carretera. El estado estructural del firme y su evolución con el tiempo se miden típicamente con equipos de auscultación, como el deflectómetro de impacto o la viga Benkelman. Estos equipos permiten obtener datos importantes para la planificación de actuaciones de conservación vial como los módulos de rigidez y las deflexiones. Por otro lado, la realización de inspecciones visuales resulta imprescindible para evaluar el agrietamiento superficial, y otros defectos fácilmente observables. Aunque los actuales sistemas de monitoreo son imprescindibles para el seguimiento de los firmes en servicio, su implementación requiere tiempo, mano de obra y costes significativos. Por lo tanto, las campañas de auscultación se llevan a cabo con una periodicidad anual o plurianual, dependiendo del tipo de carretera. Esto puede resultar en la obtención de datos insuficientes para la realización de modelos de comportamiento del firme fiables y en la etección tardía de daños, como la aparición de fisuras. Por otro lado, los avances recientes en el ámbito de la sensorización y de la capacidad de procesamiento de las computadoras han allanado el camino hacia la recolección masiva y el análisis de datos en tiempo real sobre diferentes sistemas de ingeniería civil. En el campo de la ingeniería de pavimentos, se ha estado estudiando desde hace décadas la posibilidad de instrumentar los firmes con diferentes tipologías de sensores que permitan la recopilación de datos útiles sobre su estado estructural, como las deformaciones sufridas por el paso de los vehículos y las variables climáticas, como la temperatura y la humedad. Los sensores más utilizados en carretera son dispositivos intrusivos, como galgas extensométricas [1], fibras ópticas [2], [3] y termopares, que se incrustan en las diferentes capas del firme durante la fase de construcción y permiten obtener datos sobre la respuesta dinámica de los firmes asfálticos en tiempo real. Sin embargo, estos sensores tienen algunas limitaciones, como su limitada durabilidad debido a las condiciones extremas a las que están expuestos durante la fase de construcción y a lo largo de la vida útil del firme. Además, la incorporación de elementos con características mecánicas diferentes a las mezclas bituminosas puede provocar tensiones excesivas y el deterioro prematuro de la estructura. Por último, aunque los sensores embebidos permiten obtener datos de deformación, no son capaces de detectar la aparición y propagación de fisuras en el pavimento, y, en general, la capacidad de soporte del firme. En los últimos años, se han llevado a cabo diferentes investigaciones sobre materiales inteligentes con capacidades de auto-sensorización para superar las limitaciones de los sensores incrustados. En este contexto, se han presentado varias patentes que abordan el diseño de estos materiales. Generalmente, se incorporan aditivos conductores dotando la mezcla bituminosa de propiedades de piezorresistividad, es decir, de la capacidad de variar su propia resistencia eléctrica en respuesta a estímulos externos como deformaciones, daños y cambios de temperatura [4]-[7]. Sin embargo, existe una necesidad para resolver la falta de equipamiento y procedimiento para la determinación in-situ de las propiedades de resistencia eléctrica de un firme asfáltico. REFERENCIAS [1] Y. Zhanyong, Z. Xiaomeng, T. Rui, and Y. Tenghai, "Smart material strain gauge for monitoring strain of asphalt pavement and application, " CN105486218A (B) , 2016. [2] M. Changpeng, Y. Benhua, Z. Yihu, W. Yue, L. Xianting, and J. Jing, "Asphalt pavement ntelligent monitoring system based on fiber bragg grating sensing, " CN112747779A, 2020. [3] G. Lei, X. Qinghuan, L. Hanlong, C. Yumin, Y. Tao, and X. Chuang, "Asphalt pavement deformation monitoring system based on OFDR and use method, " CN108547203A, 2018. [4] M. J. Khattak, A. Khattab, M. Madani, and H. R. Rizvi, "Self-sensing piezoresistive hot mix asphalt, " US2020308410A1, 2020. [5] H. Ceylan, A. Arabzadeh, S. Kim, A. Sassani, K. Gopalakrishnan, and M. A. Notani, "Electrically-conductive asphalt concrete containing carbon fibers, " US2021024418A1, 2021. [6] J. Zhengwu, X. Mingjun, X. Linglin, W. Yutong, W. Kai, and W. Zhongping, "Selfsensing intelligent conductive asphalt pavement material, " CN113185190A, 2021. [7] F. Gulisano, T. Buasiri, F. R. Apaza Apaza, A. Cwirzen, and J. Gallego, "Piezoresistive behavior of electric arc furnace slag and graphene nanoplatelets asphalt mixtures for selfsensing pavements, " Automation in Construction, vol. 142, p. 104534, Oct. 2022, doi: 10.1016/J.AUTCON.2022.104534. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN La invención que se presenta solventa los inconvenientes presentes en el estado de la técnica, al describir un procedimiento y el equipamiento necesario para medir in-situ y sistemáticamente la resistencia eléctrica de los firmes asfálticos. Esta innovadora solución permite que los firmes asfálticos sean capaces de generar datos en tiempo real sobre su propio estado estructural, y en particular sobre la evolución de la fisuración. La solución según la presente invención se basa en la relación existente entre la aparición de microfisuras y macrofisuras y la resistencia eléctrica de la mezcla bituminosa del firme, presente en las capas de base y pavimiento del firme asfáltico. Cuando se forman y propagan grietas dentro del material, se produce el corte de algunos caminos conductores, lo que se traduce en un aumento gradual en la resistencia eléctrica. De este modo, la modificación de resistencia eléctrica de la capa asfáltica puede ser empleada para el monitoreo de las condiciones y mantenimiento preventivo/predictivo de dicha capa asfáltica. En un primer aspecto de la invención, se describe un sistema de medida de la resistencia eléctrica de una mezcla bituminosa de un firme asfáltico. Como se establecía anteriormente, dicho firme asfáltico comprende un conjunto multicapa formado por una base y un pavimento. Como se indicaba anteriormente, estas capas pueden a su vez requerir la presencia de otras como, por ejemplo, la subbase. El sistema de medida es un sistema in-situ que comprende un circuito eléctrico. Para llevar a cabo la medición in-situ de la resistencia eléctrica del firme asfáltico, el circuito eléctrico comprende varios componentes: - al menos un conjunto de cuatro electrodos, - una fuente de alimentación, - una resistencia de referencia asociado a un primer voltímetro, o voltímetro de referencia, y - un segundo voltímetro. El al menos un conjunto de cuatro electrodos es instalable en una mezcla bituminosa de una capa asfáltica, donde los cuatro electrodos son dispuestos de manera paralela entre ellos en un mismo plano de una superficie de apoyo. El plano de la superficie de apoyo donde se dispone el al menos un conjunto de cuatro electrodos es paralelo a las capas del firme asfáltico. El al menos un conjunto de cuatro electrodos puede ser instalado sobre la superficie de apoyo, de manera previa a la compactación de dicha capa asfáltica: - antes de colocar una capa de mezcla bituminosa: este conjunto de cuatro electrodos se sitúa, por tanto, entre capas y puede definirse como electrodo inter-capas; y - durante la extensión de la mezcla bituminosa: este conjunto de cuatro electrodos se sitúa, por tanto, dentro de una capa definiéndose como electrodo intra-capa. Adicionalmente, cada electrodo del al menos un conjunto de cuatro electrodos se dispone de forma paralela a los otros tres electrodos, dando lugar a un conjunto con dos electrodos externos, dispuestos en los laterales del conjunto de electrodos, y dos electrodos internos. La fuente de alimentación aplica un voltaje V entre los dos electrodos externos de cada conjunto de cuatro electrodos. El circuito eléctrico formado por cada conjunto de cuatro electrodos comprende una resistencia de referencia insertada en serie en uno de los electrodos externos, o primer electrodo. Dicha resistencia de referencia está asociada a un primer voltímetro, o voltímetro de referencia, el cual se encuentra configurado para la determinación de la caída de voltaje en la resistencia de referencia. Gracias a la determinación de la caída de voltaje en la esistencia de referencia, se puede determinar la intensidad de corriente I del circuito eléctrico. Preferiblemente, la intensidad de corriente se encuentra en un rango 1 pA a 10 mA. Cada circuito eléctrico comprende además un segundo voltímetro, configurado para determinar la caída de voltaje entre los dos electrodos internos del conjunto de cuatro electrodos. En un segundo aspecto de la invención, se describe un procedimiento de medida de la resistencia eléctrica de un firme asfáltico a través la obtención de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica que comprende una mezcla bituminosa. Para ello se puede emplear el sistema de medida descrito en la presente invención. El procedimiento de obtención de la resistencia eléctrica comprende las siguientes etapas: - instalar el sistema de medida en un firme asfáltico, donde el al menos un conjunto de electrodos se encuentra embebido en una superficie de apoyo dispuesta en una capa que comprende una mezcla bituminosa, - fijar un voltaje entre los dos electrodos externos del circuito eléctrico, - determinar la caída de voltaje generada en la resistencia de referencia, - determinar la intensidad de corriente del circuito eléctrico, - determinar la caída de voltaje existente entre los electrodos interiores embebidos en una superficie de apoyo dispuesta en una capa que comprende una mezcla bituminosa, y - determinar la resistencia eléctrica de la capa asfáltica. Mediante la gestión de los datos de resistencia eléctrica recopilados, de manera continua, el sistema y procedimiento de medida propuesto en la presente invención pueden utilizarse para crear una base de datos fiable sobre la evolución del deterioro de las diferentes capas del firme y para el desarrollo de modelos predictivos que permitan actuar de manera preventiva con operaciones de mantenimiento, por ejemplo, de conservación vial. En un tercer aspecto de la invención, se describe un firme asfáltico multicapa autosensorizado. Dicho firme asfáltico auto-sensorizado comprende, embebido en una superficie de apoyo, dispuesta en al menos una de sus capas que comprende mezcla bituminosa, un sistema de medida de la resistencia eléctrica según la presente invención. En un cuarto aspecto de la invención, se describe un procedimiento de obtención de un firme asfáltico auto-sensorizado que comprende un sistema de medida de la resistencia eléctrica e una capa de una mezcla bituminosa. Dicho procedimiento de obtención comprende los siguientes pasos: a) preparar la superficie de apoyo paralela a las capas del firme asfáltico; b) disponer al menos un conjunto de cuatro electrodos alineados paralelamente sobre dicha superficie de apoyo; c) extender una capa de mezcla bituminosa sobre la superficie de apoyo en la que ya está dispuesto el al menos un conjunto de cuatro electrodos, dando lugar a una capa de mezcla bituminosa de espesor, e, cuya resistencia eléctrica es medible in-situ; y d) compactar la capa recién extendida, obteniendo un firme asfáltico auto-sensorizado. Con el procedimiento anterior se obtiene un sistema de electrodos inter-capas. Sin embargo, como también puede emplearse un sistema de electrodos intra-capa, la preparación de la superficie de apoyo puede ser adaptada a tal fin, añadiendo parcialmente la capa de mezcla bituminosa, el conjunto de al menos cuatro electrodos, y a continuación el resto de la capa bituminosa hasta completar su espesor e De este modo, el sistema de medida según la presente invención puede ser instalado durante operaciones de rehabilitación de firmes asfálticos existentes o bien durante la nueva construcción de firmes asfálticos. Dicho sistema puede implementarse en cualquier capa de mezcla bituminosa de dicho firme asfáltico, tales como la base y el pavimento, siendo aceptable su instalación tanto en la capa intermedia como la de rodadura. Independientemente de su posición de instalación, el firme asfáltico puede ser obtenido sin que el sistema suponga discontinuidades que condicionen su integridad con el paso del tiempo. El sistema de medida de la resistencia eléctrica del firme asfáltico según la presente invención permite, por lo tanto, detectar la evolución del deterioro en el firme asfáltico y la implementación de operaciones de mantenimiento preventivo/predictivo. La utilización de esta tecnología ofrece a los gestores, por ejemplo, de carreteras, la capacidad de implementar estrategias de conservación de manera selectiva, interviniendo únicamente en los momentos en que sea recomendable desde el punto de vista estructural, lo que permite mantener el firme asfáltico en buen estado y prolongar significativamente su vida útil. Los beneficios derivados de esta aplicación son múltiples y abarcan diferentes ámbitos: • Ahorro mediante la optimización de las estrategias de mantenimiento, lo que resulta en una disminución en el consumo de recursos no renovables, como el betún y los áridos, y de energía consumida en la conservación, al permitir planificar óptimamente las operaciones de conservación. Al optimizar los esfuerzos de conservación, se maximiza la eficiencia en la utilización de estos recursos limitados. • Reducción de los congestionamientos viales y, por consiguiente, de la contaminación asociada a las obras de rehabilitación vial. • Mejora sustancial de la seguridad en los firmes asfálticos, por ejemplo, las carreteras. Al garantizar un estado óptimo del pavimento, se reduce el riesgo de accidentes y se proporciona una conducción más segura para los usuarios de la vía. Los siguientes elementos han sido empleados en las figuras: 1. Capa inferior del firme 2. Mezcla bituminosa 3. Electrodos intra-capa 4. Electrodos inter-capas 5. Dispositivo de adquisición de datos 6. Sistema inalámbrico de transmisión de datos 7. Central de datos 8. Fuente de alimentación 9. Superficie de apoyo 10. Medio de fijación 11. Membrana 100. Sistema de medida 101. Circuito eléctrico 200. Firme asfáltico E1 Electrodo 1 E2 Electrodo 2 E3 Electrodo 3 E4 Electrodo 4 Vref Primer voltímetro Rref Resistencia de referencia Vm Segundo voltímetro BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un esquema de una realización del sistema de medida de la resistencia eléctrica in-situ del firme asfáltico que comprende un primer conjunto de electrodos intra-capa y un segundo conjunto de electrodos inter-capas. La Figura 2 muestra un esquema de una realización del medio de fijación de los electrodos que emplea unas membranas a lo largo de la longitud del conjunto de cuatro electrodos. La Figura 3 muestra un esquema de una realización del sistema de medida que comprende un dispositivo de adquisición de datos asociado. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se expone en esta sección un modo preferente de realización de la invención. En un primer aspecto de la invención se describe un sistema de medida (100) de la resistencia eléctrica in-situ de una capa del firme asfáltico (200) , donde dicho sistema de medida (100) comprende un circuito eléctrico (101) que comprende a su vez: - al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) - una fuente de alimentación (8) - una resistencia de referencia (Rref) - un primer voltímetro (Vref) , y - un segundo voltímetro (Vm) El al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) es un conjunto instalable, siendo embebido en una mezcla bituminosa (2) de una capa del firme asfáltico (200) , donde los cuatro electrodos son dispuestos de manera paralela entre ellos y en un mismo plano de una superficie de apoyo (9) paralelo al conjunto de capas que forman el firme asfáltico (200) . De este modo, se pueden distinguir dos electrodos externos (E1, E4) , constituyendo los laterales del conjunto, y dos electrodos internos (E2, E3) , situados en la parte central. La fuente de alimentación (8) está configurada para aplicar un voltaje V entre los dos electrodos externos (E1, E4) . De este modo, la fuente de alimentación puede ser única para el grupo de subcircuitos formados por cada conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) o alternativamente, encontrarse individualizada. En una realización preferente, la fuente de alimentación (8) presenta un voltaje V en un rango de 1 mV a 10 V. Opcionalmente, dicha fuente de alimentación (8) puede comprender paneles solares para generar electricidad y alimentar directamente la fuente de alimentación (8) del circuito eléctrico (101) . La resistencia de referencia (Rref) se encuentra conectada en serie de manera previa al electrodo externo (E1) del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , en asociación de un primer voltímetro (Vref) , preferiblemente, digital. Dicho primer voltímetro (Vref) , o voltímetro de referencia, está configurado para determinar la caída de voltaje causada por la resistencia de referencia (Rref) mientras que el segundo voltímetro (Vm) está configurado para determinar la caída de voltaje entre los electrodos internos (E2, E3) del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . En uso, los electrodos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se disponen en dicho plano de la superficie de apoyo (9) paralelo a la capa del firme asfáltico (200) antes (entre capas o electrodo inter-capas) o durante la extensión (dentro de la capa o electrodo intracapa) de la mezcla bituminosa (2) y previamente a la compactación de dicha capa asfáltica. Existen realizaciones alternativas de la disposición del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , pudiendo distinguirse entre una disposición con una distancia uniforme entre los electrodos y una disposición con una distancia variable entre los electrodos. La disposición paralela de los cuatro electrodos se realiza, preferiblemente, a una distancia uniforme entre ellos, en un rango de 0, 5 a 20 cm. Los electrodos del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) están fabricados con materiales conductores, como cobre, aluminio y acero. Preferentemente, los electrodos tienen un diámetro que oscila entre 0, 1 y 5 mm, y una longitud que oscila entre 10 cm y todo el ancho de la calzada, 20 m. Como se aprecia en la Figura 1, donde se muestra un esquema de una realización preferente del sistema, el circuito eléctrico presenta un primer conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , formado por electrodos intra-capa (3) , y un segundo conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , formado por electrodos inter-capas (4) . En esta Figura 1 se aprecia como el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se encuentra embebido en una superficie de apoyo (9) . Dicha superficie de apoyo (9) puede comprender mezcla bituminosa (2) extendida, dando lugar al primer conjunto de electrodos o electrodos intra-capa (3) , o no, dando lugar al segundo conjunto o electrodos inter-capas (4) al encontrarse entre la mezcla bituminosa (2) y una capa inferior (1) del firme asfáltico (200) . En una realización aún más preferente, el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) está fabricado, preferiblemente, de cobre con un diámetro de 2 mm y una longitud igual al ancho de la calzada de la carretera, es decir, entre 4 y 20 metros. Los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) se posicionan a una distancia uniforme, preferiblemente de 2 cm entre ellos, y se aseguran mediante un medio de fijación que comprende unas membranas, preferentemente de polímero termoplástico de bajo punto de fusión, configuradas para mantener dichos cuatro electrodos paralelos durante la instalación. De este modo, estas son algunas de las realizaciones que puede presentar el al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . Para garantizar un adecuado posicionamiento de los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , independientemente de que sean electrodos inter-capas (4) o electrodos intra-capa (3) , el sistema de medida puede comprender un medio de fijación (10) de dichos cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . Un ejemplo de realización del medio de fijación (10) es un cuerpo laminar, de un material no conductor, que presenta cuatro estructuras tubulares paralelas configuradas para alojar cada uno de los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) del conjunto. Una realización preferente del medio de fijación (10) , tal y como se muestra en la Figura 2, es un medio que comprende al menos una membrana (11) de polímero termoplástico de bajo punto de fusión (por ejemplo, policaprolactona) o un material similar, que evita que los electrodos cambien la distancia de separación entre ellos durante los trabajos de instalación en el firme. La membrana (11) se dispone en torno a los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , es decir, rodeando a dichos electrodos fijando la distancia de separación entre los electrodos. El medio de fijación (10) , por ejemplo un medio que comprende membranas (11) , se coloca en el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) antes de la instalación de los electrodos n la capa de mezcla bituminosa (2) del firme asfáltico (200) y pueden estar fijados en diferentes puntos a lo largo de la longitud de los electrodos. En una realización preferente, el medio de fijación (10) se fija entre los extremos de los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , y entre los puntos centrales de los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . Alternativamente, el medio de fijación (10) puede ser colocado en tantos puntos como sean necesarios para garantizar que los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) no pierdan su distancia de separación durante su encaje en la mezcla bituminosa (2) . En una realización preferente, los datos (intensidades, voltajes, resistencia eléctrica) generados por el sistema de medida (100) son recopilados por un dispositivo de adquisición de datos (5) comprendido en dicho sistema de medida (100) . Tal y como se muestra en la Figura 3, el dispositivo de adquisición de datos (5) se dispone asociado a la fuente de alimentación, al primer voltímetro (Vref) y al segundo voltímetro (Vm) , configurado para almacenar o transmitir datos a un centro de datos (7) . Para ello, el sistema de medida (100) puede comprender un sistema inalámbrico de transmisión de datos (6) . En un segundo aspecto de la invención, se describe un procedimiento de obtención de la resistencia eléctrica de una capa asfáltica que comprende una mezcla bituminosa (2) empleando el sistema de medida (100) de la presente invención. Este procedimiento comprende las siguientes etapas: - instalar el sistema de medida (100) en un firme asfáltico (200) , donde el al menos un conjunto de electrodos (E1, E2, E3, E4) se encuentra embebido en una superficie de apoyo (9) dispuesta en una capa que comprende una mezcla bituminosa (2) , - fijar un voltaje entre los dos electrodos externos (E1, E4) del circuito eléctrico (101) del sistema de medida (100) , - determinar la caída de voltaje generada en la resistencia de referencia (Rref) , - con los datos anteriores, determinar la intensidad de corriente del circuito eléctrico (101) , - determinar la caída de voltaje existente entre los electrodos interiores (E2, E3) , y - con la intensidad de corriente del circuito y la caída de voltaje entre los electrodos internos (E2, E3) , determinar la resistencia eléctrica de la capa asfáltica (Rm) . En una realización preferente, la determinación de las características del sistema (caída de voltaje, intensidad, resistencia eléctrica) se lleva a cabo de manera automática mediante un dispositivo de adquisición de datos (5) , que transmite dichos datos a través de un sistema nalámbrico de transmisión de datos (6) a una central de datos (7) . En un tercer aspecto de la invención, se describe un firme asfaltico (200) auto-sensorizado, por ejemplo, empleado para carreteras. Dicho firme asfáltico (200) auto-sensorizado comprende un sistema de medida (100) de la resistencia eléctrica según la presente invención embebido en una superficie de apoyo (9) paralela al conjunto de capas comprendidas en el firme asfáltico (200) . Como se apreciaba en la Figura 2, los electrodos del al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) del sistema de medida (100) pueden abarcar el ancho completo de la carretera disponiéndose de manera perpendicular a la dirección de los vehículos. Alternativamente, el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) puede presentar otra disposición geométrica, a lo largo de la vía, por ejemplo, coincidiendo con las rodadas de los vehículos pesados. En estas formas de realización, es preferible el empleo de un medio de fijación (10) , por ejemplo, un medio que comprende un conjunto de membranas (11) , que permita mantener una distancia uniforme a lo largo de la longitud de los electrodos, evitando que se desplazan durante su colocación en el firme. Por último, un cuarto aspecto de la presente invención es un procedimiento de obtención de dicho firme asfáltico (200) auto-sensorizado. Dicho procedimiento de obtención comprende los siguientes pasos: a) preparar la superficie de apoyo (9) paralela a las capas del firme asfáltico (200) y localizada en lo que será el fondo de la capa cuya resistencia eléctrica se va a medir in-situ; b) disponer al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) alineados paralelamente sobre dicha superficie de apoyo (9) ; c) extender una capa de mezcla bituminosa (2) sobre la superficie de apoyo (9) en la que ya está colocado el al menos un conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) , dando lugar a una capa de mezcla bituminosa (2) de espesor, e; y d) compactar la capa recién extendida, obteniendo un firme asfáltico (200) autosensorizado. Con el procedimiento anterior se obtiene un sistema de electrodos inter-capas. También puede insertarse un sistema de medida (100) que comprende electrodos intra-capa. Para ello el procedimiento requiere adecuar la preparación de la superficie de apoyo (9) extendiendo parcialmente la capa de mezcla bituminosa (2) sobre el plano horizontal, con un espesor inferior a e, de modo que el conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) del sistema de edida (100) se dispone de manera embebida en dicha capa de mezcla bituminosa (2) de espesor final e. Independientemente de la realización empleada, la capa que comprende la mezcla bituminosa (2) presenta igualmente un espesor final, e, correspondiente al diseño del firme asfáltico (200) , el cual no se ve afectado por la existencia del conjunto de cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) . En otra realización preferente del procedimiento de obtención de un firme asfáltico (200) es un procedimiento de obtención, donde la obtención de la capa que comprende la mezcla bituminosa (2) se fabrica en caliente, 14.- 180 °C. Esta fabricación permite emplear una mezcla bituminosa (2) caliente en el momento que entra en contacto con el sistema de medida (100) . El resultado de este contacto en caliente puede ser realmente interesante en aquellas realizaciones donde se emplea un medio de fijación (10) del tipo membrana (11) , donde dicha membrana (11) es degradable térmicamente, ya que se podría generar la fundición de dichas membranas (11) poliméricas tras su instalación, de modo que durante la vida de servicio del firme asfáltico (200) no suponen una singularidad estructural. Así, el medio de fijación (10) puede sujetar los cuatro electrodos (E1, E2, E3, E4) durante su instalación, asegurando una disposición paralela, y posteriormente degradarse, por ejemplo, fundiéndose, para no afectar las características del firme (200) que comprende el sistema de medida (100) . Es decir, de este modo, se evitaría la generación de discontinuidades dentro del firme asfáltico (200) y su integridad no se vería comprometida. La presente invención es susceptible de aplicación industrial, ya que proporciona un método y un sistema eficaces para medir la resistencia eléctrica de una capa que comprende una mezcla bituminosa (2) de un firme asfáltico (200) . Adicionalmente, se incluye descrito aquel firme asfáltico (200) que comprende embebido un sistema de medida (100) según la presente invención, así como el procedimiento de obtención de dicho firme (200) . Las fisuras de este firme asfáltico (200) pueden ser monitoreadas a través del sistema de medida (100) embebido por lo que supone una gran mejora para el mantenimiento de los firmes asfálticos (200) , tales como los de las carreteras. Las indicaciones detalladas en la descripción anterior proporcionan los pasos necesarios para a implementación práctica de la invención en entornos reales, y demuestran la viabilidad y aplicabilidad industrial de esta tecnología. Con este enfoque, se logra una medición precisa y sistemática de la resistencia eléctrica del firme asfáltico (200) , lo que permite obtener datos sobre su estado estructural y tomar decisiones informadas para la conservación preventiva/predictiva de las carreteras. Por lo tanto, la invención posee un claro potencial de aplicación en la industria de la construcción y conservación de infraestructuras viales, y en la digitalización de la gestión de la infraestructura.

Publicaciones:
ES2959888 (28/02/2024) - A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica
Eventos:
En fecha 22/09/2023 se realizó Registro Instancia de Solicitud
En fecha 22/09/2023 se realizó Admisión a Trámite
En fecha 22/09/2023 se realizó Aceptación Tramitación CAP
En fecha 22/09/2023 se realizó 1001P_Comunicación Admisión a Trámite
En fecha 22/09/2023 se realizó Superado examen de oficio
En fecha 19/02/2024 se realizó Realizado IET
En fecha 21/02/2024 se realizó 1109P_Comunicación Traslado del IET
En fecha 28/02/2024 se realizó Publicación Solicitud
En fecha 28/02/2024 se realizó Publicación Folleto Solicitud con IET (A1)
Pagos:
20/07/2023 - Pago Tasas IET

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Patentes registradas en la clase G01

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