| |
| Presentació |
| Continguts |
| Tecnologia |
| Docència |
| Recerca i transferència tecnològica |
| Estudiants |
| Professionals |
| Patronat |
| Activitats |
Tecnologia
Mesura de deformacions en les estructures
Deformacions estructurals
Una estructura, sigui del tipus que sigui (edificació, maquinària, infraestructures...), sol tenir la funció de suportar unes determinades accions exteriors, per a les quals haurà d’estar convenientment dissenyada. Les forces internes ocasionades per les sol•licitacions exteriors provoquen deformacions en els elements de l’estructura. També hi pot haver deformacions no ocasionades per accions mecàniques (per exemple, variacions de temperatura, retracció). En general es pot parlar de deformacions relatives o unitàries, quan tenim en compte una variació de la distància entre dos punts (allargament o escurçament) dividida per la distància inicial, o deformacions absolutes o desplaçaments des d’una posició inicial a una de final, que podran ser corriments o girs.
El disseny estructural ha de preveure que l’estructura suporti les càrregues sense que les deformacions sobrepassin un cert límit, cosa que ocasionaria problemes de funcionament en el seu estat habitual de servei. Per exemple, en el cas d’estructures d’edificació, una deformació excessiva dels elements estructurals horitzontals pot ocasionar fissuració en parets i envans, mal funcionament de portes i finestres, vibracions molestes, problemes de desguàs en teulades, etc. En el cas de màquines, una deformació excessiva pot ocasionar moviments no volguts, vibracions, falta de precisió en la funció de la màquina, mal posicionament dels seus elements, etc.
La mesura de les deformacions absolutes ens pot indicar si s’estan sobrepassant els límits desitjables de funcionament en servei que hem indicat i també pot servir per saber si l’estructura s’acosta a una situació de col•lapse prèviament estimada. La mesura de les deformacions unitàries ens donarà informació de l’estat de tensió o càrrega suportada per la secció resistent de l’element, ja que hi ha una relació entre la tensió i la deformació unitària que es pot obtenir fent un assaig previ de cada material.
Elements habituals per mesurar deformacions
Els elements més clàssics per a la mesura de les deformacions són els rellotges comparadors. Els rellotges comparadors (fig. 1) permeten fer mesures precises de desplaçaments de manera manual. De vegades és suficient fer lectures puntuals, però en altres casos això és inviable o és aconsellable fer mesures automàtiques per raons diverses: nombre elevat de mesures que s’han de fer, seguiment del comportament d’una estructura al llarg del temps, evolució molt ràpida del procés físic que s’ha de mesurar, etc. Si volem fer lectures automàtiques, ens calen transductors connectats a uns sistema d’adquisició, capaç de mesurar i emmagatzemar les lectures. En el procés d’adquisició de mesures, els transductors són el primer esgraó de la cadena. Permeten convertir una variable física que s’ha de mesurar en una variació de senyal elèctric. A partir d’aquest moment, el senyal elèctric degudament condicionat, per evitar sorolls magnètics i elèctrics, es pot introduir a un ordinador a través d’una targeta d’adquisició.
Figura 1. Rellotges comparadors per mesurar desplaçaments
De transductors per mesurar deformacions unitàries, girs i desplaçaments en estructures n’hi ha de molts tipus, atenent principalment el seu principi de funcionament i la variable que es vol mesurar. Com a exemple de transductor hi hauria la galga extensomètrica (figura 2) completada per un pont de Wheatstone (fig. 3). Una galga extensomètrica basada en resistència elèctrica té un principi de funcionament senzill: el valor de la seva resistència varia en deformar-se el material de l’estructura sobre el qual es troba adherida. Aquesta variació de la resistència es converteix, mitjançant el pont de Wheatstone, en una variació de la tensió elèctrica.
Figura 2. Galga extensomètrica sobre la superfície d’una biga de formigó armat
Figura 3. Galga extensomètrica connectada a un pont de Wheatstone.
En general, l’equipament per fer aquestes mesures és aparellatge de precisió, ja que solem parlar de mil•límetres o dècimes de mil•límetre en el cas de desplaçaments, pocs graus (o dècimes de grau) en el cas de girs, i microdeformacions (10-6 mm/mm) en el cas de deformacions unitàries. La col•locació i el correcte calibratge dels equips són fonamentals i solen ser una feina laboriosa i delicada.
Aplicacions
Figura 4. Instrumentació d'una biga de
formigó armat assajada a ruptura
A tall d’exemple es comenta i s’il•lustra la instrumentació d’una biga de formigó armat assajada al Laboratori de Resistència de Materials i Estructures de la UdG (fig. 4). Les mesures de desplaçaments a la biga i deformacions en el material es realitzaven a través de transductors connectats a un sistema d’adquisició. Les deformacions del formigó es mesuraven mitjançant galgues adherides a la superfície de la biga (figura 2). Per mesurar les deformacions de les barres corrugades d’acer es col•locaven galgues en la superfície de l’acer i es protegien mecànicament abans de quedar embegudes en el formigó (fig. 5). Per mesurar el moviment vertical al centre de la biga es feia servir un transductor de desplaçament de tipus LVDT. Els inclinòmetres s’utilitzaven per avaluar girs a diferents seccions de la biga.
Figura 5. Galga extensomètrica sobre una barra corrugada d'acer per a formigó armat
X. Cahís, Ll. Torres, A. Turon, C. Barris, M. Baena
Departament d’Enginyeria Mecànica i de la Construcció Industrial
< TORNAR