S onelastic® es una línea de soluciones en instrumentación desarrollada por la ATCP–

Ingeniería Física, para la caracterización no

destructiva de los módulos elásticos y del

amortiguamiento de materiales a partir de las

frecuencias naturales de vibración obtenidas

mediante la técnica de excitación por impulso. En

esta técnica la muestra sufre un ligero impacto de

corta duración provocando una respuesta acústica

compuesta por una o más frecuencias naturales de

vibración, a partir de las cuales es calculado el

módulo de Young, también se puede calcular el

módulo de cizallamiento y el coeficiente de Poisson.

El amortiguamiento es calculado a partir del

decremento logarítmico de la amplitud de vibración

para cada modo de vibración.

El Sonelastic® atiende las Normas ASTM E 1876,

C215 y correlacionados y sus elementos y accesorios

posibilitan la caracterización en función del tiempo,

tanto en temperatura ambiente como para altas y

bajas temperaturas, siendo adecuado para una amplia

gama de materiales.

Caracterización noCaracterización noCaracterización noCaracterización no----

destructiva de los destructiva de los destructiva de los destructiva de los

Módulos Elásticos y del Módulos Elásticos y del Módulos Elásticos y del Módulos Elásticos y del

AmortiguamientoAmortiguamientoAmortiguamientoAmortiguamiento

Soluciones Sonelastic®

Tecnologías Sonelastic®

El Sonelastic® posee dos tecnologías para la caracterización de los Módulos Elásticos y el Amortiguamiento, ellas son:

• PC-Based: en esta tecnología un software realiza el procesamiento de la señal. Permite mediciones múltiples en función del tiempo y salva/exporta resultados en formatos amigables. Es especialmente aplicable en investigaciones y en el control avanzado de la calidad.

• Stand Alone: en esta tecnología el software se encuentra integrado a un hardware. Es aplicable en la industria y en casos donde la vinculación del sistema de medida con un computador no sea conveniente o

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Volume 1, edição 1

14/03/2011

Ejemplos de caracterizaciones con el Sonelastic®:

• Caracterizaciones de concretos y materiales cementicios;

• Clasificación de maderas (vigas, traviesas de madera colada, chapa de partículas aglomeradas);

• Evaluación del daños por choque térmico en concretos refractarios;

• Caracterización para simulaciones con biomateriales

PC Based Stand Alone

La ATCP ofrece diversos tipos de soportes para cuerpos de pruebas y acesorios que posibilitan mediciones de diversos tipos de materiales y dimensiones. Si las configuraciones usuales no satisfacen sus necesidades, desarrollamos items bajo demanda

En la Fig. 3 tenemos un gráfico con una señal capturada por el Software Sonelastic®, de la amplitud en función del tempo, representando el amortiguamiento de una muestra de concreto. Las líneas en rojo muestran el fitting, el amortiguamiento, calculado por el método del decremento logarítmico. La importancia de esta propriedade ya es bien conocida en la ingeniería civil para la integridad de estructuras en el caso de fenómenos sísmicos, sin embargo, la dificuldad de determinar la ocurrencia de errores experimentales grandes, limita su uso. Con el equipamiento Sonelastic® los cálculos del amortiguamiento son realizados juntamente con el módulo de elasticidad, por el Software, con mucha precisión.

La siguiente tabla exibe los valores de los amortiguamientos para muestras de concreto ARI, en foma de cilindros y prismas, además una muestra de concreto común.

El amortiguamiento, así como el módulo de elasticidad, es calculado automáticamente por el Software Sonelastic®. El método utilizado en los cálculos es el del decremento logarítmico y el modelo usado es el de amortiguamiento viscoelástico.

Los ensayos para determinar los módulos

elásticos y el amortiguamiento en concretos de

alta resistencia (ARI), fueron realizados en

parcería con el Laboratorio de Ingeniería de

Estructuras* de la EESC-USP, en el contexto de

la tesis doctoral del ingeniero Hidelbrando

Diógenes, orientado por la Profesora Dra. Ana

Lúcia H. C. El Debs y con la supervisión del

Prof. Mounir K. El Debs.

Se analizaron muestras en formas de prismas y

cilíndros y los resultados obtenidos con el

Sonelastic® PC Based fueron comparados con

el ensayo dinámico usualmente realizado por el

Laboratorio de Estructuras, con un sistema de

adquisición ACE de la Dataphysics.

Los resultados obtenidos de los módulos de elasticidad, con ambos sistemas fueron equivalentes: 41,72 ± 0,53 GPa para las muestras cilíndricas y de 44,01 ± 0,32 GPa para las muestras prismáticas, empleándose el dispositivo experimental, y 41,41 ± 0,38 GPa e 43,28 ± 0,25 GP respectivamente empleándose el Sonelastic®

PC Based. Partiendo de la coherencia en los resultados podemos afirmar que los ensayos fueron exitosos e indicararon la efectividad del uso de las Soluciones Sonelastic® en la caracterización no-destructiva de los módulos elásticos y del amortiguamiento en muestras de concreto.

Es importante resaltar que al emplear las Soluciones Sonelastic® no es necesario fijar ningún acelerómetro al concreto o emplear dispositivos especiales para excitar el cuerpo de prueba, lo que facilita y reduce el tiempo de la caracterización.

♦ Soporte ajustable para muestras con diferentes dimensiones y pesos.

♦ El Software Sonelastic® permite la exportación para programas como Excel y Origin.

♦ Caracteriza el módulo de elasticidade y el amortiguamiento.

♦ Resultados precisos y reproductibles.

♦ Validado para concreto de alta resistencia y concreto común.

♦ Ensayo no-destructivo y sin fijación de acelerómetros.

Página 2

Ensayo con concretos de alta resistencia (ARI)

So luções Sonelast ic®

Cálculo del amortiguamiento mediante el Sonelastic®

Ventajas Soluciones Sonelastic® en la caracterización de concretos

El Sonelastic® utiliza un micrófono

para capturar la señal eliminando la

fijación de acelerómetros.

.

Figura 4. Ensayo de un concreto ARI en forma de

cilíndro.

Figura 5. Ensayo de un concreto ARI en forma de

prisma.

Muestra Módulo de elasticidad

(GPa) con el Sonelastic®

Concreto ARI

(cilíndrico) 41,41 ± 0,38

Concreto ARI

(prismático) 43,28 ± 0,25

Concreto común 16,71 ± 0,03

Figura 1. Ilustración del ensayo con un cuerpo

cilíndrico.

Figura 2. Resumen de los resultados vía Sonelastic®,

vía ensayo dinámico con acelerómetro y vía ensayo

Muestra Amortiguamiento

Concreto ARI

(cilíndrico) 3445 x 10-6

Concreto ARI

(prismático) 4017 x 10-6

Concreto común 4942 x 10-6

Figura 3. Señal capturada por el Software Sonelastic®

Amortiguamiento de una muestra de concreto.

Tabla 1. Resultados obtenidos para el módulo de

elasticidad de las muestras catacterizadas.

Tabla 2. Resultados obtenidos para el

amortiguamiento de las muestras carcaterizadas.

V o l u m e 1 , e d i ç ã o 1

destructivas para la evaluación del daño es muy conveniente por facilitar el control de la calidad de estos materiales, y por colaborar con el avance del conocimiento relacionado con las alteraciones microestructurales que ocurren en el material dañado.

Pensando en esto la ATCP desarrolló con el Grupo de Ingeniería de Microestructura de Materiais (GEMM) el Sonelastic® para refractarios a través de cooperaciones estabelecida con el Prof. Dr. José Anchieta Rodrigues. El horno instrumentado de la Fig. 9 fue desarrollado para la caracterización de los módulos elásticos y del amortiguamiento en función de la temperatura hasta 1.150 °C. La ATCP fabrica otros hornos bajo encomienda para mediciones a temperaturas superiores y/o atmósfera controlada y también se hacen

L a resistencia al daño por choque térmico es una característica importante de los concretos refractarios, ya que determina el desempeño y la vida útil de estos materiales en varias aplicaciones. El empleo de técnicas más sensibles y no -

L a ATCP - Ingeniería Física realizó en el Laboratorio de Maderas y Estructuras de Maderas (LaMEM)* de la EESC-USP, en parcería con el ingeniero Dr. Pedro Gutemberg y el Dr. Carlito Calil Jr., una serie de ensayos para determinar los módulo elásticos en maderas utilizando el Sonelastic® Stand Alone, comprobó la influencia del apoyo de las muestras y la reproductibilidad del equipo. Los ensayos se realizaron con vigas de Pinnus Oocarpa , de Eucalipto Citriodora, chapas de partículas aglomeradas y durmientes de madera colada.

*Link: http://www.set.eesc.usp.br/lamem/ (LaMEM - Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras).

En la Fig. 6 se muestra un ejemplo de una viga siendo clasificada y en la (Fig. 7), un gráfico con los resultados comparativos de los valores del módulo de elasticidad obtenidos a partir de tres formas diferentes: con el Sonelastic®, con el equipo Metriguard (vibración transversal) y por flexión estática. Los resultados muestran coherencia entre los tres métodos de ensayo, concluyendo por tanto, que el uso del Sonelastic® es válido en la caracterización de los módulos de elasticidad en materiales anisotrópicos.

La reproductibilidade del Sonelastic®, la influencia del punto de apoyo y la influencia del punto de apoyo directamente en diferentes pisos, mientras se realizan las mediciones, presentaron

una desviación estándar de apenas: ± 0,02%, 0,10

% e 0,15%, respectivamente, descartando por tanto, la necesidad de un soporte específo para muestras y calibraciones.

En la Fig. 11 tenemos una simulación por el Método de Elementos Finitos (FEM) de la distribución de tensiones en un diente pré-molar superior restaurado con una incrustación de cerámica. Para la realización de este tipo de simulación es importante la caracterización del Módulo de Young y del coeficiente de Poisson, donde las Soluciones Sonelastic® son empleadas. El éxito en este trabajo demostró la aplicabilidad del Sonelastic® en la caracterización no-destructiva de biomateriales usados en la odontología.

L a ATCP y la Faculdad de Odontologia de la UNESP (FOSJC)* realizaron la caracterización no destructiva del Módulo de Young y del coeficiente de Poisson en cerámicas a base de zirconia (Y-TZP), cerámicas feldspáticas y cementos resinosos, materiales utilizados en restauraciones dentarias. El ensayo hace parte del trabajo de maestrado de los cirujanos dentistas Sabrina Feitosa y Pedro Corazza, orientandos por los Profesores Dr. Marco Antonio Bottino y Dr. Álvaro Della Bona, respectivamente.

*Link: http://www.fosjc.unesp.br/(Pós-Graduação em Odontologia Restauradora).

Página 3

Estudio del daño por choque térmico

Validação do Sonelastic® para a classificação de madeiras

Figura 10. Análisis mediante el Método de los

Elementos Finitos (FEM)

Figura 8. Horno instrumentado para caracterización

en función de la temperatura.

Caracterización de biomateriales

El Sonelastic® permite el estudio de la variación del módulo de Young y el amortiguamiento en función

de la temperatura.

0 100 200 300 400 500 600

12

16

20

24

28

32

E (

GP

a)

Temperatura (°C)

Aquecimento

Resfriamento

Figura 9. Módulo de Young (E) vs temperatura.

Figura 6. Ejemplo de una viga de Pinnus Oocarpa

siendo clasificada.

GPa

Figura 7. Resumen de los resultados obtenidos para el

módulo de elasticidad longitudinal a través de três

Con el Sonelastic® no es necesario un

soporte específico para clasificar

muestra ni para realizar calibraciones.

Muestra Módulo de elasticidad

(GPa) con el Sonelastic®

Pinnus Oocarpa 14,14 ± 2,26

Pinnus Oocarpa

colada 16,33 ± 2,14

Eucalipto Citriodora 17,74 ± 2,82

Tabela 3. Resultados obtenidos para el módulo de

elasticidad de algunas especies clasificadas.

Caracterizações demonstrativas

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caracterização sem compromisso!

Prestação de serviços

La ATCP está hace11 años en el mercado y presta servicios de caracterización de los módulos elásticos dinámicos y del amortiguamiento mediante la técnica de excitación por impulso de acuerdo con las Normas ASTM E 1876, C 215 y correlacionadas, tanto para temperatura ambiente como en alta temperatura.

Concretos: soportes ajustables para dimensiones mayores.

En alta temperaturaEn alta temperaturaEn alta temperatura

- Amortiguamiento y módulos elásticos iniciales emn temperatura ambiente.- Relación del módulo de Young y del amortiguamiento con la temperatura y el tiempo.

Geometría: Barras.

Dimensiones: longitud 120 a 160 mm y ancho/espesor 10 a 40 mm

Intervalo de medida: hasta una medida por minuto.

Otras geometrías y dimensiones también son caracterizables, consúltenos.

Em temperatura ambienteEm temperatura ambienteEm temperatura ambiente

- Módulo de Young, módulo de cizallamiento. - Coeficiente de Poisson. - Amortiguamiento Geometrías y dimensiones*: Barras: longitud de 50 a 250 mm, ancho y espesor de 5 a 45 mm - Cilindros: longitud de 100 a 400 mm y diámetro de 10 a 200 mm - Placas: longitud y ancho de 50 a 400 mm - Discos: diámetro de 50 a 400 mm

Estas dimensiones son las más utilizadas, aunque los soportes se pueden ajustar para caracterizar muestras con pocos milímetros o hasta con metros de longitud.

Calle Monteiro Lobato, 1601

São Carlos - SP

CEP 13569-290

Brasil

A T C P — I n g e n i e r í a F í s i c a

Tel: 16-3307-7899

E-mail: apl@atcp.com.br

E-mail: ha@atcp.com.br

Sonelastic® Stand Alone con soporte para muestras pequeñas.

www.atcp.com.br