RETO DEL CLIENTE
Durante décadas, el Laboratorio de Estructuras Mark Huggins de la Universidad de Toronto ha tenido un importante impacto mundial en el campo de la ingeniería estructural civil. La investigación que allí se llevó a cabo sobre el comportamiento del cemento armado en condiciones extremas constituye ahora la base teórica de las disposiciones de los códigos de puentes y edificios canadienses y estadounidenses sobre el cizallamiento. Además, está influyendo en los nuevos códigos de los modelos en Europa.
Los ingenieros de pruebas estructurales del laboratorio llevan mucho tiempo aplicando una combinación única de experimentación y análisis en sus investigaciones. En 1984, el profesor Michael P. Collins desarrolló el sistema Shell Element Test (SET) -una herramienta de investigación muy flexible y potente- para estudiar el comportamiento de elementos de cemento armado de gran tamaño (1,626 m x 1,626 m) sometidos a fuerzas en el plano y fuera del plano. Desde el principio, las probetas sometidas a prueba en la máquina estaban destinadas a modelar secciones de puentes, recipientes de contención nuclear y plataformas petrolíferas en alta mar El sistema también serviría para validar la teoría de la compresión modificada desarrollada en el laboratorio.
Recientemente, a medida que la ciencia de los materiales de cemento ha registrado avances significativos, los ingenieros del laboratorio empezaron a percibir las limitaciones de las capacidades del sistema SET.
“La resistencia del cemento disponible en la práctica se ha multiplicado por tres en las dos últimas décadas, lo que ha hecho posible que elementos de cemento reforzado mucho más pequeños soporten cargas más elevadas de lo que antes era posible”, explica el Dr. Evan Bentz, profesor de Ingeniería Estructural del Departamento de Ingeniería Civil de la universidad. “Estos avances introdujeron todo tipo de comportamientos nuevos y fascinantes de los materiales de cemento. Sin embargo, también han puesto de manifiesto los puntos débiles del sistema SET original”.
En 2007, Bentz y Collins se dieron cuenta de que necesitaban ser capaces de someter a prueba las probetas con un nivel de control y precisión mucho mayor para poder seguir el ritmo de la industria. Como las fallas estructurales del cemento suelen desarrollarse de manera no lineal, la actualización tendría que incluir la capacidad de correlacionar los datos de las pruebas adquiridos con las cargas y los momentos aplicados exactamente en cualquier momento.
“Teníamos un conocimiento profundo de cómo funcionaba el sistema SET original, pero no contábamos con la experiencia en tecnología de control avanzado e integración de sistemas necesaria para lograr las capacidades que queríamos”, afirma Bentz.
Después de obtener una subvención de la Fundación de Innovación de Canadá, una agencia de investigación del gobierno, para actualizar el sistema SET, el laboratorio comenzó a aceptar solicitudes de propuestas. “Esperábamos que se necesitaran dos recursos diferentes para ayudar a completar nuestra actualización: una para decirnos lo que era posible y otro para hacerlo ponerlo en práctica”, comenta Bentz . “Nos complació descubrir que un recurso podía lograr ambas cosas. Por eso elegimos a MTS”.
SOLUCIÓN DE MTS
Finalizada a principios de 2010, la actualización del sistema SET transformó efectivamente un sistema de pruebas estáticas duradero y de alto rendimiento en un sistema de pruebas dinámicas duradero y de mayor rendimiento. Para ello, los 60 actuadores del sistema original se equiparon individualmente con servocontroles y transductores de carga y desplazamiento. Se estableció un control dinámico total mediante la integración de un controlador digital FlexTest® 200 de última generación y de computadoras cliente que ejecutan el avanzado software AeroPro™. El software AeroPro, el único paquete de aplicaciones para pruebas estructurales que integra por completo el control y la adquisición de datos, facilita la gestión eficaz de un gran número de canales de control y adquisición de datos, permite la supervisión de las pruebas en tiempo real y proporciona historiales temporales detallados de cada momento de la falla de una muestra.
Entonces, mientras que el sistema original solo controlaba la presión de los grupos de actuadores, el sistema actualizado permite controlar la carga y el desplazamiento de cada uno de los actuadores de forma simultánea, lo que posibilita ejecutar perfiles de prueba más sofisticados y reales y adquirir datos de mayor resolución. “El sistema anterior de bancos de cilindros que salían a una presión determinada era bastante funcional y sencillo, pero para conseguir el control que necesitábamos para un cemento más resistente y frágil, era necesario poder controlar de controlar los desplazamientos individuales”, explica Bentz. “La flexibilidad de las opciones de control del software AeroPro es exactamente lo que necesitábamos para controlar esta gran cantidad de canales de forma inteligente”.
La actualización del sistema también incluyó un sistema de distribución hidráulica completamente nuevo, que comprende dos unidades de potencia hidráulica SilentFlo™, un colector de servicio hidráulico modelo 293 y una línea rígida integrada.
“Con nuestras nuevas capacidades de control, actuación y software en su lugar, la probeta de concreto básicamente está flotando en el espacio y podemos aplicar cargas y momentos específicos en cualquier dirección en cualquier momento”, indica Bentz. “Ahora podemos someter los elementos de la coraza de cemento a los ocho componentes de fuerza posibles, manteniendo un control estricto”.
La solución de MTS también incluía una amplia capacitación para los usuarios en el lugar, a fin de garantizar que los ingenieros de pruebas aprovecharan al máximo la actualización del sistema SET.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Según el Dr. Bentz, el sistema SET actualizado hace que el Laboratorio de Estructuras Mark Huggins se acerque considerablemente a la simulación de las condiciones de funcionamiento reales de las estructuras de cemento armado actuales. Eso incluye la capacidad de estudiar de cerca el impacto de los eventos sísmicos e incluso de las explosiones, así como los mecanismos de falla que solo se manifiestan en periodos de tiempo prolongados.
“Nuestro sistema SET original nos sirvió bien, pero limitó nuestras posibilidades porque era un sistema estático”, explica Bentz. “Ahora que disponemos de una solución dinámica de alta precisión , podemos obtener una imagen detallada de lo que ocurre exactamente durante la falla mecánica, bajo una amplia gama de escenarios de carga. Hay que hacer muchas menos suposiciones ”.
“Creo que estamos a punto de descubrir una ciencia nueva e interesante”, dijo Bentz. “Y estamos más seguros que nunca de nuestra capacidad para hacer predicciones precisas sobre la duración de un puente mientras está en servicio”.
Bentz menciona la experiencia y la profesionalidad de MTS como elementos fundamentales para el éxito de la actualización del sistema SET. “La comunicación fue excelente tanto durante como después de la implementación”, dijo. “Sin excepción, hemos encontrado que los representantes de MTS son profesionales , capaces y siempre están dispuestos a ayudar en lo que sea necesario”.
“Todo el montaje funciona exactamente como esperábamos ”, comenta Bentz. “No podríamos pedir mucho más ”.
