Dispositivo para ensayos cíclicos con carga axial y flexión en muros y conexiones estructurales

Solicitud de Patente de Modelo de Utilidad presentada ante la superintendencia de industria y comercio

Novedoso dispositivo para ensayos de elementos estructurales de distintas características. La configuración de los componentes del dispositivo permite aplicar momentos flectores para evaluar el comportamiento ante rotaciones, fuerzas cortantes en una o dos direcciones, para evaluar el comportamiento ante desplazamientos laterales, fuerzas verticales de compresión, para representar las cargas gravitatorias de la estructura, o la combinación de los tres tipos de solicitaciones variables en el tiempo. El dispositivo presenta un mecanismo de aplicación de carga lateral soportado en un marco estructural de reacción y un mecanismo de aplicación de carga vertical soportado en el mismo marco de reacción. Estos mecanismos permiten la deformación vertical y lateral de los especímenes de elementos estructurales objeto de prueba, simultáneamente y de forma controlada, mediante la inclusión de actuadores hidráulicos, y servoválvulas electrohidráulicas de control preciso del flujo hidráulico con el que es alimentado el dispositivo por un sistema de potencia hidráulico.

Construcción

El dispositivo surge como respuesta a la necesidad de proveer una solución tecnológica a la problemática asociada con el ensayo, caracterización y validación de elementos estructurales, como muros de concreto reforzado o mampostería y conexiones de acero en escala natural, presentados como alternativas para el diseño y construcción sismo resistente de estructuras civiles ante eventos sísmicos de alta afectación. La problemática que surge en este tipo de ensayos consiste en la aplicación simultánea y controlada de cargas de compresión, cargas laterales y cargas de flexión, con magnitudes que representen los efectos reales de un sismo sobre un elemento estructural. La interrelación de los componentes del dispositivo permite obtener curvas de fuerza lateral versus desplazamiento horizontal o de momento versus curvatura, principalmente, que a su vez permiten cuantificar la resistencia, capacidad de disipación de energía y ductilidad ante distintos niveles de desplazamientos impuestos. De esta forma, es posible reproducir el estado tensional biaxial complejo al cual estarían sometidos los elementos estructurales durante un evento sísmico. La configuración de los componentes del dispositivo permite caracterizar, de manera precisa, aspectos como: comportamiento histerético, capacidad de deformación, pandeo y modo de falla. los ensayos de caracterización del comportamiento mecánico con diferentes niveles de carga y desplazamiento implementados gracias a la configuración de elementos presentada por el dispositivo objeto de divulgación, permite caracterizar, de manera completa y precisa, el comportamiento histerético, la capacidad de deformación y el modo de falla de elementos estructurales como muros de concreto reforzado o mampostería y conexiones de acero, proporcionando datos experimentales de alta calidad para el modelado numérico y la comprensión de su respuesta ante situaciones sísmicas reales. En consecuencia, estos datos experimentales permiten validar y mejorar los modelos computacionales utilizados en el diseño sísmico avanzado de estructuras civiles.

Mayor relación momento-cortante: A diferencia de otros sistemas que aplican la carga a la altura de la probeta, esta tecnología permite aplicar cargas a una altura mayor. Esto incrementa la relación entre el momento y el cortante aplicados, lo que mejora la simulación de condiciones reales durante un sismo, reflejando de manera más precisa el comportamiento de los elementos estructurales. Esta mayor relación es crucial para representar adecuadamente el desempeño sísmico, lo cual es fundamental para optimizar el diseño sismo resistente. Simulación más realista: La aplicación simultánea y controlada de cargas axiales y flexión adicional mediante un par de cargas verticales mejora la replicación de las condiciones de carga que los elementos estructurales enfrentarán en un sismo. Esto permite obtener resultados más precisos sobre cómo se comportan los muros y conexiones bajo esfuerzos cíclicos y momentos flectores, que son característicos de eventos sísmicos. Escalabilidad y pruebas a tamaño natural: Esta tecnología facilita la realización de pruebas a escala natural, eliminando la necesidad de realizar ensayos a escala reducida debido a limitaciones técnicas. Esto es una ventaja importante, ya que los ensayos en escala natural proporcionan información más precisa y directa sobre el comportamiento estructural de los elementos probados.Menor requerimiento de espacio y costos: Al prescindir de grandes estructuras de concreto reforzado o marcos de acero prefabricados, como los que se utilizan en muchos laboratorios, esta tecnología reduce significativamente los costos de construcción y el espacio necesario para los ensayos. Esto permite que los laboratorios con recursos más limitados realicen pruebas complejas sin comprometer la calidad de los resultados. Flexibilidad en las señales de ensayo: Los ensayos pueden realizarse con señales monotónicas o cíclicas, ajustándose a distintos contenidos frecuenciales (de 0 Hz a 0.05 Hz) y amplitudes, lo que otorga flexibilidad para adaptarse a diferentes protocolos de pruebas. Esta versatilidad permite simular diversos escenarios sísmicos y mejorar el análisis del comportamiento estructural bajo diferentes condiciones de carga. En conjunto, estas ventajas posicionan esta tecnología como una herramienta innovadora y más eficiente para la evaluación sísmica y el diseño estructural, permitiendo obtener resultados más precisos y relevantes en comparación con los sistemas convencionales.

Tecnología/Servicio Comercializable: En operación en entorno real, en interacción con los clientes y el mercado.

Universidad del Valle

TRL3