RETO DEL CLIENTE
El crecimiento de la población mundial plantea retos particulares para los ingenieros civiles. Las ciudades más grandes necesitan edificios más altos, sistemas de transporte masivo más grandes y puentes más largos, todos los cuales se deben diseñar para soportar terremotos y otras catástrofes. Tongji, una de las universidades más antiguas y prestigiosas de China, está liderando el camino en este campo, utilizando nuevos métodos de prueba para ayudar a los ingenieros a mejorar sus diseños.
La Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Tongji alberga el Departamento de Ingeniería de Puentes y el Laboratorio Estatal Clave para la Reducción de Desastres en Ingeniería Civil. Aquí, el Dr. Chengyu Yang es un profesor clave en la división de investigación para el diseño sísmico de puentes, donde realiza pruebas que ayudan a reducir los efectos de los devastadores terremotos en puentes, edificios, túneles y muchas otras estructuras.
“Uno de nuestros mayores retos es realizar pruebas con mesas vibratorias para modelos de puentes de gran luz”, menciona el Dr. Yang. “Si solo tiene una mesa, aunque sea de seis por seis metros, el modelo del puente debe ser relativamente pequeño, a escala 1:100 o 1:200”.
El problema es que cuanto más pequeño es el modelo, menos útiles son los resultados. Los modelos más pequeños simplemente no reaccionan de la misma manera que las estructuras de puentes reales, lo que dificulta la extrapolación de los datos de prueba a la estructura a gran escala. Y si la estructura en cuestión es el puente de Taizhou, en Jiangsu, que se extiende a lo largo de 62 kilómetros, el problema se vuelve aún más difícil de resolver.
SOLUCIÓN DE MTS
Para completar las pruebas sísmicas de los modelos a gran escala, incluida una réplica del puente de Taizhou, el equipo del Dr. Yang trabajó con MTS para encargar una solución de mesa vibratoria única en su género, que puede disponerse en múltiples configuraciones y soporta modelos de hasta 200 toneladas. Ubicada en el Laboratorio de mesas vibratorias multifuncionales (MFST) de Tongji, la solución incorpora cuatro mesas dentro de la instalación de pruebas sísmicas de varias mesas más grande del mundo.
Las mesas vibratorias utilizan actuadores hidráulicos para reproducir las fuerzas y los movimientos que sufren las estructuras durante un terremoto u otro evento sísmico. El laboratorio MFST de Tongji cuenta con dos mesas vibratorias de 70 toneladas y dos mesas vibratorias de 30 toneladas que se pueden colocar en múltiples configuraciones en cualquier lugar dentro de dos zanjas adyacentes. En una zanja de 70 metros de largo caben las cuatro mesas, y en una de 30 metros caben dos. Las cuatro mesas se pueden colocar y anclar en incrementos de dos metros, lo que permite al laboratorio acomodar probetas más largas y grandes, incluso las que abarcan ambas zanjas.
Lo más importante es que el movimiento de las cuatro mesas se puede sincronizar para reproducir ondas sísmicas como si fueran una plataforma muy grande, o las mesas se pueden operar de forma independiente. Mediante una aplicación de memoria compartida de alta velocidad y en tiempo real, la solución permite que todas las mesas “vean” los datos de todas las demás mesas. Todos los datos están integrados en un controlador maestro que interpreta los comandos y la retroalimentación para mantener todo sincronizado. Esto le brinda al laboratorio un control más amplio sobre todo el entorno de prueba.
“Ningún otro laboratorio en el mundo tiene tecnología de mesa vibratoria que pueda usarse de esta manera, a esta escala”, explica el Dr. Yang. “Debido a su tamaño, no podíamos ubicar el laboratorio MFST en el centro de Shanghái cerca del resto de Tongji. Tuvimos que construirlo en un nuevo campus. El edificio del laboratorio tiene 100 metros de largo y 88 metros de ancho”.
Aunque la solución aprovecha la tecnología tradicional de las mesas vibratorias que MTS ha desarrollado a lo largo de los últimos 30 años, está adaptada para satisfacer las especificaciones del equipo del Dr. Yang. Los ingenieros de MTS y Tongji trabajaron juntos para desarrollar una solución con una combinación sin precedentes de tamaño, capacidad y flexibilidad.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Cuando el laboratorio MFST de Tongji realizó las pruebas sísmicas en el modelo a escala del puente de Taizhou, el tamaño y la capacidad de configuración de la solución de la mesa vibratoria proporcionaron claras ventajas.
“Ahora podemos utilizar un modelo a escala 1:40 que mide 65 metros de largo en lugar de tres”, afirma el Dr. Yang. “Podemos diseñar nuestro modelo y configurar las tablas para que se ajusten a la prueba en lugar de al revés. Es muy conveniente para nuestros investigadores. Pueden obtener los datos que más desean, en lugar de conformarse con la siguiente mejor opción”.
Al probar modelos más grandes, el equipo del Dr. Yang crea un entorno de prueba mucho más cercano a las condiciones del mundo real, lo que ayuda a los investigadores a predecir mejor las respuestas reales del sistema. Las pruebas más realistas ayudan a verificar los modelos virtuales y hacerlos más precisos, lo que mejora el diseño de grandes estructuras. La solución de MTS también crea oportunidades para que el laboratorio MFST busque nuevos tipos de pruebas.
“Acabamos de terminar las pruebas para un túnel que conecta China continental, Hong Kong y Macao”, señala el Dr. Yang. “Antes poníamos un modelo de una sección de túnel en una caja de tierra de cuatro por cuatro metros. Ahora podemos hacer la misma prueba con una caja de 40 metros de largo. Esto nos permite evaluar las relaciones de los segmentos utilizando una excitación no uniforme, lo que es fundamental porque las ondas sísmicas golpean de forma diferente las distintas partes de las grandes estructuras. Esta es una investigación única”.
La solución solo es un ejemplo más de una relación de 30 años entre Tongji y MTS, que se fortalece con cada proyecto.
“Todo el personal de MTS es muy trabajador y profesional, desde el departamento de ventas hasta los ingenieros y técnicos”. “Este verano, tenía una pregunta sobre una prueba, así que envié un correo electrónico el domingo por la tarde, que habría sido la mitad de la noche del sábado en los Estados Unidos y no esperaba recibir una respuesta de inmediato. A la mañana siguiente, tuve respuestas de varias personas diferentes en MTS, tanto en los Estados Unidos como en China. Ese es solo un ejemplo de cuán receptivos son a nuestras necesidades”.
