que los dos métodos se diferencian desde el punto de vista del nivel de carga aplicada al puente, la cantidad y el significado de las medidas tomadas, y la manera como se usan los resultados experimentales para determinar la evaluación. Ha sido demostrado mediante casos estudiados, que el ensayo no destructivo de carga es un medio muy efectivo para mejorar la capacidad para la evaluación de un puente. En el ensayo de prueba, la decisión de la evaluación puede hacerse, basándose en deformaciones específicas y/o deformaciones obtenidas durante el ensayo, en los ensayos de diagnóstico se requiere un análisis más riguroso de los datos después de los ensayos.
1.8 Ensayos e instrumentación E
El desarrollo de los métodos de medida de esfuerzos ha venido impuesto por la necesidad de la producción masificada, que recibió un impulso definitivo a partir de la segunda guerra mundial. En el prólogo de un libro de Resistencia de Materiales de 1930 ya es patente esa situación: Los tipos de máquinas y estructuras cambian muy rápidamente, con preferencia en las nuevas ramas de la industria y, por lo general, el tiempo no permite que se reúnan los datos empíricos necesarios. El tamaño y coste de las estructuras aumenta constantemente, lo que origina una exigencia cada vez mayor en la seguridad de las mismas, cada vez tiene mas importancia en el proyecto el factor economía, dadas las condiciones actuales de competencia. La construcción debe reunir las condiciones necesarias de solidez y seguridad, y sin embargo, reducir al mínimo el gasto de materiales. En estas condiciones, el problema se presenta excepcionalmente difícil para el proyectista. La reducción del peso implica un aumento en la fatiga de trabajo, que solamente puede conseguirse mediante un cuidadoso análisis de la distribución de las fatigas en la estructura y la investigación experimental de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados. [Chagoyén, 2005]
La instrumentación de la estructura consiste, básicamente, en la colocación en puntos prefijados en el proyecto de prueba de carga, de aparatos de medida de flechas, deformaciones, giros, aceleraciones, etc.
Una buena instrumentación combinada con otras técnicas como la modelación, inspección y levantamiento patológico permite dar un adecuado diagnóstico, el mismo que conduzca a dar las soluciones más fiables y eficientes desde el punto de vista técnico.
Definiciones de extensométricas. Conceptos básicos
Robert Hooke estableció en 1678 la relación que existe entre tensiones y deformaciones en los cuerpos sometidos a solicitaciones mecánicas que se propicien en rango elástico. Si el material es isótropo y homogéneo y no se sobrepasa su límite elástico entonces la relación es lineal y se cumple la Ley de Hooke. [Chagoyén, 2005]. Basándose en este principio, la extensometría es el método que tiene por objeto la medida de las deformaciones superficiales de los cuerpos, que como se hace referencia anteriormente solo es aplicable en materiales que se encuentren en comportamiento elástico y mediante el uso de galgas extensométricas.
Clasificación de las medidas extensométricas:
Tomando como criterios la evolución de los esfuerzos a medir según [Chagoyén, 2005] se puede tener:
Medidas estáticas, que comprenden el estudio de esfuerzos que varían lentamente en función del tiempo, como es el caso de la estructura de una presa cuando crecen las aguas.
Medidas estáticas - dinámicas, que consiste en la mediada simultánea de esfuerzos sujetos a variación rápida y de esfuerzos de desarrollo lento. En el caso de un puente cuando soporta el paso de un vehículo.
Medidas dinámicas, que se limitan a la componente de variación rápida. Un caso típico es la medida de vibraciones en el equilibrado de rotores.
Galgas extensométricas: de entre los diferentes procedimientos que existen para convertir las deformaciones en señales eléctricas proporcionales, el más extendido es el que utiliza elementos cuya resistencia eléctrica varía en función de pequeños cambios de longitud. Estos elementos van adheridos a la superficie del material de prueba, formando un conjunto, y reciben el nombre de galgas extensométricas. Existen dos tipos fundamentales de galgas: Galgas metálicas y galgas semiconductores.
Partiendo del puente de Wheatstone como principio fundamental según [Alonso, 1989], son dos los procedimientos para medir el desequilibrio que se produce tras la deformación de las galgas, el método directo y el método de cero.
Método directo: consiste en medir la diferencia de potencial presente en los bordes de salida del puente con la ayuda de un voltímetro de presión. Este procedimiento exige amplificación previa de la señal y de la fuente de excitación muy estable.
Método de cero: consiste en reestablecer el equilibrio en el puente, ya sea introduciendo resistencias en las ramas o bien una tensión opuesta a la del desequilibrio. Este último procedimiento se conoce también como método de oposición. En el método de cero, la fidelidad de las medidas es independiente de la tensión de alimentación y de las variaciones de ganancia del amplificador. Todo depende de la fiabilidad del potenciómetro, que esta asociado a un cuadrante o contador, donde se leen directamente las micro-deformaciones. Por el contrario, aunque se utilice un servomecanismo se emplea bastante tiempo en restablecer el equilibrio. De ahí que este reservado a las medidas estáticas.
La medida de deformaciones con galgas extensométricas exige meticulosidad en el procedimiento. Debido a la cantidad de variables que es preciso controlar. Por lo general se desconocen las direcciones principales de los esfuerzos. [Alonso, 1989] Además de las galgas extensométricas según [Alonso, 1989] existen otros equipos de instrumentación, entre los cuales anotamos los siguientes:
Transductores magnéticos:
Se utilizan en la medición de desplazamientos. Constan de una base fija directamente apoyada en el terreno y de un núcleo móvil unido a la fibra interior de las vigas con un alambre de acero, que se mantiene tenso mediante un resorte. Las señales proporcionadas por los transductores se recogen a razón de una muestra por segundo durante la realización de las pruebas estáticas, y 70 muestras por segundo en las pruebas dinámicas.
Censores Láser:
Con este equipo de registro continuo se obtienen mediciones de desplazamiento y velocidad en un punto determinado del puente. El empleo de este equipo es de gran utilidad en aquellos casos en que se imposible utilizar los instrumentos de medición antes reseñados, dado que no requiere conexión física con el terreno bajo el tablero. Básicamente consta de un diodo que emite un haz dirigido hacia el punto de la estructura cuya magnitud se desea monitorizar y en el que previamente se fija una lámina reflectante.
Acelerómetros:
Para las pruebas dinámicas, se puede disponer de varios servo acelerómetros con y sin compensación interna de 1 g para el registro de aceleraciones verticales y horizontales. Durante la realización de las pruebas estáticas y dinámicas, se debe contar con un sistema de adquisición de datos que permite registrar de manera continua la señal de salida de los distintos aparatos de medida, pudiéndose visualizar en tiempo real en la pantalla de ordenador. Este equipo reúne las siguientes características:
La adquisición de datos se efectúa en forma automática. Se garantiza la estabilidad de las medidas a lo largo del tiempo, evitando derivas durante los ensayos.
La velocidad de adquisición de los datos es superior a 30000 lecturas/segundo/canal, durante un período de registro mínimo de un minuto.
El número máximo de canales en funcionamiento simultáneo es de treinta y dos, en su configuración base, por lo que resulta muy adecuado para las pruebas de este tipo.
Los datos de los ensayos se graban en tiempo real, a fin de evitar retrasos o pérdidas de información.
En cualquier instante, durante el desarrollo de las pruebas, el sistema es capaz de suministrar la información necesaria de cada aparato, de manera numérica y gráfica.
Los valores que proporciona el sistema están afectados por las correspondientes correcciones (constantes de calibración, longitudes y secciones de cable, tensión de excitación, etc.).
La precisión del sistema garantiza como mínimo 10-6 para deformaciones unitarias y 0,01 mm para flechas. [Alonso, 1989]