Vigas de hormigón más resistentes a los impactos

El Grupo de Ingeniería Estructural de la Escuela de Ingenieros de Caminos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) ha finalizado un proyecto de análisis de la resistencia a los impactos del hormigón, que tendrá continuidad en un estudio sobre el comportamiento de las estructuras de protección expuestas a la caída de rocas.

El Grupo de Ingeniería Estructural, dirigido por el Profesor Carlos Zanuy Sánchez, ha llevado a cabo ensayos de impacto sobre vigas, utilizando una máquina de ensayos de caída libre, perteneciente al Laboratorio de Estructuras. Esta máquina, desarrollada por el fabricante Servosis, incluye transductores de fuerza piezoeléctricos con anillos de medida de fuerzas CFW de HBM (CFW-190 y CFW-700), capaces de detectar fuerzas con la máxima precisión posible. Las vigas de hormigón armado tienen tendencia a fallar cuando se someten a cargas de cizallamiento, debido a su escasa capacidad para absorber la energía de los impactos. Por este motivo, se llevaron a cabo ensayos para identificar el potencial de mejora de la resistencia que podría derivarse del uso de vigas reforzadas con fibra metálica.

Problema

El Grupo de Ingeniería Estructural de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) lleva a cabo distintos proyectos de investigación en el campo de la ingeniería de estructuras. Uno de ellos es un estudio sobre la resistencia del hormigón armado a los impactos (causados por la caída de rocas). Para realizarlo, el grupo necesitaba la tecnología más avanzada de medición y registro de fuerzas y aceleraciones.

Solución

El Laboratorio de Estructuras de la Escuela de Caminos de la UPM ha instalado una máquina de ensayos de caída libre, desarrollada por la empresa Servosis. Esta máquina, utiliza transductores de fuerza piezoeléctricos con anillos de medida de fuerzas CFW de HBM (CFW-190 y CFW-700) y detecta fuerzas con la máxima precisión posible.

Resultado

Gracias a la máquina de caída libre con transductores CFW, los investigadores de la UPM han podido llevar a cabo los ensayos necesarios y concluir que las vigas reforzadas con fibra metálica tienen una mayor capacidad de absorción de energía y que, por tanto, tienen menos tendencia a fallar ante las cargas de cizallamiento.

Ensayos con una máquina de caída libre

Los ensayos se realizaron empleando siete tipos distintos de hormigón y tres tipos de fibras de refuerzo: 0% (sin fibra), 0,5% y 1%. Las vigas miden 2000 mm de longitud y tienen sección rectangular (125 mm de ancho x 250 mm de altura). Reciben el impacto de una masa de acero de 200 kg (con un radio de 29 mm en el punto de contacto) que se deja caer desde una altura de 1,75 m y que, en el momento del impacto, tiene una velocidad de 5,9 m/s. Las conclusiones de los ensayos realizados con la máquina de Servosis equipada con transductores de HBM revelan que es posible prevenir la rotura por cizallamiento y mejorar la seguridad, y que existe una correlación con el tipo de fibra utilizada. Los transductores de HBM garantizaron la precisión requerida a la hora de registrar las fuerzas de impacto y de reacción, con una exactitud de medida de 4,3 pC/N. Se utilizaron acelerómetros piezoeléctricos (PCB 353B14) con una exactitud de medida de 5 mV/g2 para verificar la aceleración vertical y el peso de la bola de acero.

Soporte personalizado

Servosis y el Grupo de Ingeniería Estructural eligieron HBM por la confianza que tienen en sus productos y en la asistencia que prestan sus especialistas siempre que es necesario  desarrollar soluciones adaptadas a requisitos de proyecto específicos.  En palabras de Joaquín Gonzalo, Gerente y Director técnico de Servosis, durante el proceso de construcción de la máquina de caída libre:

“HBM se ha ganado nuestra confianza gracias a sus productos de ensayo y medición, pero también por su cooperación en la selección de los productos correctos para obtener los mejores resultados posibles.”

Transductores piezoeléctricos instalados en la máquina de ensayos de caída libre (pulsar para ampliar)
Transductor de fuerza piezoeléctrico CFW-190
Transductor de fuerza piezoeléctrico CFW-700

Precisión y fiabilidad

Los productos de HBM son innovadores y cumplen los requisitos más estrictos de seguridad, fiabilidad y calidad. En definitiva, aportan soluciones versátiles y fáciles de instalar. Los grandes anillos piezoeléctricos utilizados, con fuerzas nominales de 190 y 700 kN, resisten perfectamente las sobrecargas sin perder exactitud de medida o resolución. La verificación experimental es esencial para estudiar la respuesta de los elementos estructurales a los impactos.

“Este proyecto nos ha permitido evaluar cuantitativamente la resistencia y la capacidad de absorción de energía de los elementos objeto de ensayo. Los sensores de HBM han desempeñado un papel esencial en el estudio, ya que conservan su fiabilidad incluso con altos valores de deformación”, afirma el Profesor Zanuy Sánchez.

Estos transductores tienen la ventaja añadida de que se acompañan de una gran variedad de accesorios, amplificadores de carga, sistemas de adquisición de datos y software de medida. Resultan ideales cuando existe la necesidad de crear una cadena de medida completa. Después del notable éxito que ha supuesto la colaboración en este estudio, HBM y el Grupo de Ingeniería Estructural de la UPM tienen intención de colaborar en otros proyectos de investigación futuros.

El Profesor Carlos Zanuy Sánchez, Director del Grupo de Ingeniería Estructural, ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

Vídeo de un ensayo de impacto sobre una viga, utilizando una máquina de caída libre


El cliente

El Grupo de Ingeniería Estructural de la UPM

El Grupo de Ingeniería Estructural forma parte del Departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). Además de impartir asignaturas básicas y avanzadas pertenecientes al programa de ingeniería estructural de la ETS de Ingenieros de Caminos, este grupo también lleva a cabo proyectos de investigación en el campo de la ingeniería estructural. Igualmente, trabaja para promover la ingeniería estructural como una rama fundamental dentro de la ingeniería civil y proporciona servicios especializados a los sectores público y privado.

Servosis

Servosis es una empresa española fundada en 1988 que diseña, desarrolla y fabrica máquinas de ensayos y sistemas electrónicos y mecánicos. Sus productos se emplean en control de calidad y análisis de materiales, servosistemas, control de máquinas y procesos industriales, robots, sistema de medida y adquisición de datos.

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