P: ¿Qué tendencias en ingeniería civil o construcción están impulsando la innovación en materiales de construcción?
Rick Bearden:Mejorar la resistencia a los terremotos de las estructuras civiles (edificios y puentes) en zonas sísmicas es un enfoque global continuo. Los ingenieros civiles y diseñadores buscan continuamente formas de mejorar la seguridad estructural y proteger la vida humana, por lo que el impulso a la innovación es constante. Una tendencia digna de mención es la investigación sobre el uso de barras de refuerzo (barra de refuerzo) de ultra alta resistencia en estructuras de RC (cemento armado). En concreto, los investigadores están estudiando cómo mejorar el comportamiento inelástico de las estructuras de cemento armado para evitar que fallen de forma catastrófica en caso de sismo; para ello, sus hallazgos sugieren aumentar drásticamente la resistencia de las barras de refuerzo. Un gran ejemplo de esto es el de Japón, donde actualmente tienen barras de refuerzo capaces de resistir tensiones de fluencia de hasta 1275 MPa (megapascales), lo que es simplemente astronómico en comparación con el rango de 275 a 520 MPa de las barras de refuerzo convencionales.
P: ¿Puede explicar cómo los elementos de cemento reforzado (CR) pueden servir para mejorar la resistencia a los terremotos de una estructura?
Bearden: La barra de refuerzo le brinda a una viga o columna de cemento armado su ductilidad o capacidad para deformarse bajo tensión de tracción. Por naturaleza, el cemento se comporta bien cuando se carga en compresión, pero es frágil y no puede soportar la tensión causada por la flexión o el pandeo. El refuerzo con una barra de refuerzo de acero agrega propiedades elásticas, lo que permite que un miembro de CR maneje cierta carga de flexión, volviendo a su estado original cuando se retira la carga. Las propiedades elásticas requeridas de los miembros CR están bien definidas en los códigos de construcción e ingeniería civil vigentes en todo el mundo. Sin embargo, en un evento de terremoto, una estructura está sujeta a enormes fuerzas laterales que pueden conducirla a una condición inelástica, donde el alargamiento o la deformación le impiden regresar a su estado de tensión original. Aquí es cuando ocurre la falla estructural. La barra de refuerzo de resistencia ultra alta sirve para mejorar el rendimiento de una estructura en el rango inelástico, lo que le permite evitar una falla completa incluso cuando está muy dañada.
P:¿Puede describir la investigación en curso para aumentar la resistencia de las barras de refuerzo y la ductilidad de los miembros de CR?
Bearden:El diseño del cemento reforzado es una disciplina de ingeniería bien establecida, pero el interés por las nuevas barras de refuerzo de muy alta resistencia está impulsando una investigación renovada de los fundamentos, como la formulación química de las aleaciones de alta resistencia, los procesos de fabricación de las barras de refuerzo y la forma en que éstas se despliegan dentro de los elementos del cemento reforzado. Las pruebas mecánicas juegan un papel fundamental en todas las facetas de esta investigación: se deben caracterizar los materiales que componen las barras de refuerzo y los empalmes mecánicos que unen los tramos de las barras de refuerzo; los componentes ensamblados de las barras de refuerzo y los empalmes mecánicos deben someterse a pruebas de resistencia y fatiga; y los propios elementos del CR deben someterse a pruebas para comprender cómo la resistencia de las barras de refuerzo, la resistencia del cemento y la colocación de barras de refuerzo dentro del elemento del CR pueden mejorar la resistencia a los terremotos. Como era de esperar, esta investigación se centra en áreas sísmicamente activas, como Japón, Rusia, Ucrania, Estados Unidos, Corea, India y China. Sin embargo, las universidades de todo el mundo, no solo las que se encuentran en zonas de actividad sísmica, también están contribuyendo con investigaciones fundamentales en esta área; un buen ejemplo es la Universidad de Minnesota, que forma parte del consorcio NEES (Red de Simulación de Ingeniería Sísmica).
P: ¿Cómo afecta el desarrollo de barras de refuerzo de alto límite elástico a los requisitos de las pruebas mecánicas?
Bearden: Obviamente, si los límites de fluencia aumentan, las fuerzas de tensión aumentarán, por lo que las pruebas mecánicas requieren bastidores de carga de fuerza mucho mayor para probar barras de refuerzo y materiales de empalme y componentes ensamblados. Para destacar esto, en los últimos dos años hemos visto solicitudes de bastidores de carga de 1 millón de libras, incluso 2 millones de libras, para probar las barras de refuerzo. Esto es nuevo, hasta ahora la demanda de sistemas de pruebas de barras de refuerzo siempre ha estado en el rango de medio millón de libras o menos. Y, por supuesto, los accesorios que vienen con el sistema de prueba (mordazas, accesorios, sensores) también se ven afectados por requisitos de fuerza más altos. El uso de bancos de pruebas estructurales para las vigas CR ensambladas también evolucionará, ya que la investigación renovada sobre el comportamiento inelástico cambiará los objetivos y el enfoque de las pruebas. Otro impacto es que los investigadores están investigando no solo el comportamiento estático, solo de tensión, sino que también quieren realizar pruebas dinámicas de fatiga de tensión-compresión sin tensión.
P:¿Qué soluciones de pruebas mecánicas puede ofrecer MTS para cumplir con requisitos de fuerza tan alta?
Bearden:Para cumplir con los requisitos de prueba de materiales y componentes de mayor fuerza: barras de refuerzo, empalmes mecánicos y conjuntos de barras de refuerzo/empalmes: ofrecemos una selección completa de soluciones de bastidores de carga listos para usar que incluyen controles, software de aplicación, mordazas, accesorios y energía hidráulica y distribución. Para ciclos dinámicos de tensión-tensión o tensión-compresión, tenemos una familia completa de sistemas de fatiga, bastidores de carga servohidráulicos de cuatro columnas clasificados con una gama extremadamente amplia de capacidades de fuerza, que van desde 1,0 a 30,0 MN.
Para probar estructuras a escala real (vigas o columnas) con barras de refuerzo de alta resistencia integradas, proporcionamos sistemas " listos para usar", que comprenden actuadores de prueba civil a prueba de fatiga, pivotes de alta fuerza, grandes bastidores de portal o estructuras de reacción, controles, software de aplicación, accesorios y energía hidráulica y distribución, si es necesario. Por lo general, estos sistemas se utilizan para realizar pruebas de doblez de tres o cuatro puntos y son más que capaces de hacer fallar los artículos de prueba CR de alta resistencia.
P: Mirando hacia el futuro, ¿se requerirá alguna tecnología nueva para satisfacer estas necesidades?
Bearden: Necesitamos asegurarnos de que la cartera de MTS continúe incluyendo lo que los clientes necesitan. Hay oportunidades para seguir innovando en nuestra tecnología de mordazas de cuña hidráulicas. Las fuerzas necesarias para probar barras de refuerzo de alta resistencia están superando los límites de nuestras populares mordazas de carga lateral, que permiten una instalación relativamente rápida y sencilla de las probetas. Sin embargo, ese diseño no es fácil de escalar cuando se llega al millón de libras porque las tensiones en la cubierta de la mordaza se vuelven extremadamente altas. Nuestras mordazas estilo 641 con cubierta cerrada son una alternativa viable para las pruebas en este rango, pero no ofrecen la misma facilidad de instalación. Así que estamos investigando posibles mejoras en nuestras mordazas de cuña de carga lateral. Además, también estamos explorando las ventajas potenciales de diferentes tipos de tecnologías de medición, como la extensometría óptica o láser. Dicho esto, la oferta actual de MTS es muy sólida para probar estructuras de barras de refuerzo y CR de alta resistencia. Nuestras soluciones específicas “listas para usar”, la profundidad y la amplitud de nuestra experiencia en este ámbito de aplicación, y nuestra capacidad para proporcionar a los investigadores lo que necesitan para satisfacer sus necesidades exactas siguen siendo inigualables.
