SFIDA DEL CLIENTE
Per decenni, il laboratorio di strutture Mark Huggins dell'Università di Toronto ha avuto un impatto globale significativo nel campo dell'ingegneria strutturale civile. La ricerca svolta nel laboratorio sul comportamento del cemento armato in condizioni estreme fornisce ora le basi teoriche per le norme canadesi e statunitensi sui codici di taglio di ponti ed edifici. Sta anche influenzando nuovi codici modello in Europa.
Gli ingegneri di test strutturali del laboratorio hanno applicato a lungo una combinazione unica di sperimentazione e analisi alla loro ricerca. Nel 1984, il professor Michael P. Collins ha sviluppato il sistema Shell Element Test (SET) – uno strumento di ricerca molto flessibile e potente – per studiare il comportamento di elementi in cemento armato di grandi dimensioni (1.626 m x 1.626 m) sottoposti a forze nel piano e fuori piano. Fin dall'inizio, i campioni testati nella macchina erano destinati a modellare sezioni di ponti, navi di contenimento nucleare, e piattaforme petrolifere offshore. Il sistema servirebbe anche come mezzo per convalidare la teoria della compressione modificata sviluppata in laboratorio.
Più recentemente, poiché la scienza dei materiali in cemento ha subito progressi significativi, gli ingegneri del laboratorio hanno iniziato a percepire i limiti nelle capacità del sistema SET.
"Le resistenze del calcestruzzo praticamente disponibili sono aumentate di un fattore tre negli ultimi due decenni, il che ha reso possibile a elementi in cemento armato molto più piccoli di sopportare carichi più elevati rispetto a quanto precedentemente possibile" afferma il dott. Evan Bentz, un professore di Ingegneria Strutturale presso il Dipartimento di Ingegneria Civile dell'Università. "Questi progressi hanno introdotto ogni sorta di affascinante nuovo comportamento del materiale in cemento. Ma hanno anche messo in luce i punti deboli del sistema SET originale".
Nel 2007, Bentz e Collins si sono resi conto che dovevano essere in grado di testare campioni con un livello di controllo e precisione molto più elevato per tenere il passo con il settore. Poiché i cedimenti strutturali in calcestruzzo si svolgono in genere in modo non lineare, l'aggiornamento dovrebbe includere la capacità di correlare i dati di test acquisiti con i carichi e i momenti precisi applicati in un dato istante.
"Avevamo una conoscenza approfondita del funzionamento del sistema SET originale, ma non possedevamo l'esperienza nella tecnologia di controllo avanzata e nell'integrazione del sistema necessarie per ottenere le capacità che volevamo" spiega Bentz.
Dopo aver ottenuto una sovvenzione dalla Fondazione per l'innovazione del Canada, un'agenzia di ricerca governativa, per aggiornare il sistema SET, il laboratorio ha iniziato ad accettare richieste di proposte. "Ci aspettavamo che sarebbero state necessarie due diverse risorse per completare il nostro aggiornamento: una per dirci cosa era possibile, e un'altra per realizzarlo" aggiunge Bentz. "Siamo stati lieti di scoprire che una risorsa potrebbe realizzare entrambe le cose. Ecco perché abbiamo scelto MTS."
SOLUZIONE MTS
Completato all'inizio del 2010, l'aggiornamento del sistema SET ha efficacemente trasformato un sistema di test durevole e statico ad alte prestazioni in un sistema di test durevole con prestazioni ancora più alte. Per ottenere ciò, tutti i 60 attuatori del sistema originale sono stati dotati individualmente di servocomandi e trasduttori di carico e spostamento. Il controllo dinamico completo è stato stabilito integrando un controller digitale all'avanguardia FlexTest® 200 e PC client che eseguono il software avanzato AeroPro™. Un pacchetto di applicazioni di test strutturali unico per integrare completamente il controllo e l'acquisizione dei dati, il software AeroPro facilita la gestione efficiente di un numero elevato di canali di controllo e di acquisizione dati, consente il monitoraggio dei test in tempo reale e fornisce cronologie dettagliate di ogni momento del guasto di un campione.
Quindi, mentre il sistema originale forniva solo il controllo della pressione di gruppi di attuatori, il sistema aggiornato offre il controllo del carico e dello spostamento di ogni singolo attuatore contemporaneamente, consentendo l'esecuzione profili di test più sofisticati e realistici e l'acquisizione di dati a risoluzione maggiore. “Il sistema precedente di banchi di martinetti che uscivano a una data pressione era abbastanza funzionale e semplice, ma per ottenere il controllo di cui avevamo bisogno per un calcestruzzo più resistente e più fragile, era necessaria la capacità di controllare spostamenti singoli" spiega Bentz. "La flessibilità delle opzioni di controllo nel software AeroPro è esattamente ciò di cui avevamo bisogno per controllare così tanti canali in maniera ricercata."
L'aggiornamento del sistema includeva anche un sistema di distribuzione idraulica completamente nuovo, comprendente due centraline idrauliche SilentFlo™, un collettore di servizio idraulico modello 293 e una rete fissa integrata.
"Con le nostre nuove capacità di controllo, attuazione e software in atto, il campione di calcestruzzo è fondamentalmente fluttuante nello spazio e possiamo applicare carichi e momenti specifici in qualsiasi direzione e in qualsiasi momento" afferma Bentz. "Ora possiamo sottoporre gli elementi del guscio in calcestruzzo a tutte e otto le possibili componenti di forza, mantenendo uno stretto controllo."
La soluzione MTS includeva anche un'ampia formazione degli utenti in loco per garantire che i tecnici addetti ai test potessero sfruttare appieno l'aggiornamento del sistema SET.
VANTAGGI PER IL CLIENTE
Secondo il dott. Bentz, il sistema SET aggiornato porta il laboratorio di strutture Mark Huggins significativamente più vicino alla simulazione delle condizioni operative nel mondo reale delle odierne strutture in cemento armato. Ciò include la capacità di esaminare da vicino l'impatto di eventi sismici e persino di esplosioni, nonché meccanismi di guasto che si manifestano solo su periodi di tempo prolungati.
"Il nostro sistema SET originale è stato usato con successo, ma ha limitato le nostre possibilità perché era un sistema statico" commenta Bentz. "Ora che siamo dotati di una soluzione dinamica ad alta precisione, possiamo ottenere un'immagine dettagliata di cosa sta succedendo esattamente durante un guasto meccanico, in un'ampia gamma di scenari di carico. Si devono fare molte meno ipotesi."
"Penso che stiamo per scoprire alcune nuove scienze interessanti" aggiunge Bentz. "E siamo più fiduciosi che mai nella nostra capacità di fare previsioni accurate di quanto potrà restare in funzione un ponte."
Bentz cita l'esperienza e la professionalità di MTS come vitali per il successo dell'aggiornamento del sistema SET. "La comunicazione è stata eccellente sia durante che dopo l' implementazione" afferma. "Senza dubbio, abbiamo riscontrato che i rappresentanti di MTS sono professionali, capaci e sempre disposti ad aiutare in qualsiasi modo sia necessario."
"L'intera configurazione funziona esattamente come speravamo" commenta Bentz. "Non potremmo chiedere di più."
