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Transdutores de força piezoelétricos em uma máquina de queda livre

Vigas de concreto proporcionam maior resistência ao impacto

O Grupo de Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia Civil da Universidade Técnica de Madrid (UPM) concluiu um projeto de análise da resistência ao impacto em concreto, permitindo-lhes acompanhar um estudo sobre o comportamento de estruturas de proteção quando expostas à queda de rochas.

Encabeçado pelo Professor Carlos Zanuy Sánchez, o Grupo de Engenharia Estrutural realizou testes de impacto em vigas usando uma máquina de queda livre no Laboratório de Estruturas. Desenvolvida pela Servosis, a máquina possui transdutores de força piezoelétricos com anéis de carga CFW da HBM (CFW-190 e CFW-700), que são capazes de detectar forças com a máxima precisão possível. Vigas de concreto armado têm uma tendência a falhar sob carga de cisalhamento devido à capacidade mínima de absorção de energia durante o impacto. Portanto, foram realizados testes para identificar o potencial de melhoria da resistência usando vigas com reforço de fibra de metal.

Problema

O Grupo de Engenharia Estrutural da Universidade Técnica de Madrid (UPM) realiza uma série de projetos de pesquisa no campo da engenharia estrutural. Um destes projetos é o estudo da resistência do concreto armado ao impacto (da queda de rochas). Para conduzir o estudo, o grupo precisava da mais recente tecnologia para medir e registrar forças e acelerações.

Solução

O Laboratório de Estruturas da Universidade de Madri instalou uma máquina de queda livre desenvolvida pela empresa Servosis. Esta máquina possui transdutores de força piezoelétricos tipo CFW fabricados pela HBM (CFW-190 e CFW-700), e pode detectar forças com a máxima precisão possível.

Resultado

Graças à máquina de queda livre com transdutores CFW, os pesquisadores da UPM puderam realizar os testes necessários e chegaram à conclusão de que as vigas de reforço de fibra metálica oferecem maior capacidade de absorção de energia e, portanto, são capazes de evitar falhas sob carga de cisalhamento.

Testes usando uma máquina de queda livre

Os testes foram realizados em sete tipos diferentes de concreto e três tipos de fibra: 0% (sem fibra), 0,5% e 1%. Medindo 2.000 mm de comprimento e formato retangular (125 mm de largura e 250 mm de altura), as vigas foram submetidas ao impacto de uma massa de aço pesando 200 kg (com um raio de 29 mm no ponto de contato), que caiu de uma altura de 1,75 m a uma velocidade de 5,9 m/s. As descobertas dos testes na máquina Servosis que foram equipadas com os equipamentos de teste e medição da HBM revelaram que é possível evitar falhas por cisalhamento e melhorar a segurança dependendo do tipo de fibra. Os transdutores da HBM garantiram a precisão necessária no momento de registrar as forças de impacto e reação, fornecendo uma precisão de 4,3 pC/N. Acelerômetros piezoelétricos (PCB 353B14) com uma precisão de 5 mV/g2 foram usados para verificar a aceleração vertical e o peso da esfera de aço.
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Suporte Personalizado

A Servosis e o Structural Engineering Group optaram pela HBM pela confiança que depositam nos produtos da HBM e pelo suporte que seus especialistas oferecem no desenvolvimento de uma solução que atenda aos requisitos específicos do projeto. Como Joaquín Gonzalo, CEO e Diretor Técnico da Servosis, declarou durante o processo de construção da máquina de queda livre:
“A HBM conquistou nossa confiança graças a seus produtos de teste e medição e sua cooperação na seleção dos produtos certos para alcançar os melhores resultados possíveis.”
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Precisão e Confiabilidade

Os produtos inovadores da HBM superam os requisitos rigorosos de segurança, confiabilidade e qualidade para fornecer uma solução versátil que é fácil de instalar. Os grandes anéis piezelétricos com forças nominais de 190 e 700 kN são altamente capazes de suportar sobrecargas sem perder precisão ou resolução. A verificação experimental é essencial para estudar a resposta que os elementos estruturais dão aos impactos.
“Este projeto nos permitiu avaliar a capacidade de resistência e absorção de energia em termos de quantidade nos elementos testados. Os sensores da HBM desempenharam um papel essencial no estudo, uma vez que são confiáveis em altas taxas de deformação”, afirma o professor Zanuy Sánchez.
Estes transdutores também apresentam vantagens adicionais, pois vêm com uma variedade de acessórios, amplificadores de carga, sistemas de aquisição de dados e software de medição - ideal se houver a necessidade de criar uma cadeia de medição completa. Após o notável sucesso adquirido pelo trabalho conjunto neste estudo, a HBM e o Grupo de Engenharia Estrutural da UPM pretendem colaborar em outros projetos de pesquisa no futuro.
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Assista a este vídeo para ver os testes de impacto em vigas usando uma máquina de queda livre

O cliente

O Grupo de Engenharia Estrutural da UPM

O Grupo de Engenharia Estrutural da UPM faz parte do Departamento de Mecânica de meios contínuos e Estruturas da Escola de Engenharia Civil da Universidade Técnica de Madrid (UPM). Além de ensinar disciplinas básicas e avançadas no programa de engenharia estrutural da Escola de Engenharia Civil, o grupo também realiza projetos de pesquisa no campo da engenharia estrutural. Também se concentra em promover a engenharia estrutural como um ramo fundamental da engenharia civil e fornece um serviço especializado para o setor público e privado.

Servosis

Fundada em 1988, a Servosis é uma empresa espanhola que projeta, desenvolve e fabrica máquinas de testes e sistemas eletrônicos e mecânicos usados para controle de qualidade e análise de materiais, servo sistemas, controle de processos industriais e de máquinas, robôs, sistemas de medição e aquisição de dados.

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