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 correlacionadas. 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

Amortiguamiento.Amortiguamiento.Amortiguamiento.Amortiguamiento.

Soluções 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 deseada.

SOLU

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Volume 1, edição 1

11/03/2011

Ejemplos de caracterizciones con el Sonelastic®:

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

• Caracterización de concretos y materiales cementicios;

• Evaluación del daños por choque térmico en concretos refractarios;

• Caracterización para simulaciones con biomateriales (cerámicas a base de zirconia, cerámicas feldspáticas y cementos resinosos).

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. 4 muestra el ensayo con la viga apoyada directamente en el piso. Diferentes puntos de apoyo también fueron testados y la desviación estándar fue de apenas 0,15%.

Partiendo de los resultados obtenidos en ambos ensayos, se llega a la conclusión, que los puntos de apoyos o la superficie donde la muestra esté apoyada tienen una influencia insignificante en los resultados.

La reproductibilidade del Sonelastic® fue medida haciendo el teste 10 veces seguidas en una viga apoyada en el centro, sin cambiar el punto de apoyo o las condiciones mecánicas. Este tipo de ensayo presentó una desviación estándar de apenas 0,02% representando una alta reproductibilidad.

La Fig. 3 muestra el inicio y el final de una secuencia de ensayos con una viga apoyada en dos bases metálicas que fueron desplazadas desde las extremidades hasta el centro. Los resultados presentaron una desviación estándar de apenas 0,1%.

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.1 se muestra un ejemplo con una viga de prueba y en la Fig.2, 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.

Un resumen con los resultados relacionados a la influencia del punto de apoyo de una muestra y de la reproductibilidad del Sonelastic® es presentado en la sección siguiente; donde una viga de Pinnus Oocarpa fue medida en diferentes puntos de apoyo.

- No necesita de soporte o posicionamiento especial.

- Uso amigable y setup rápido (< 1 minuto), no necesita de calibraciones.

- Caracteriza el módulo de elasticidad y el amortiguamiento.

- Resultados precisos y reproductibles.

- Ensayo no-destructivo y sin aplicación de carga o flexión estática.

♦ Evaluado para madera natural, colada y aglomerada.

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Validación del Sonelastic® para la clasificación de maderas

So luções Sonelast ic®

GPa Figura 1. Ejemplo de una viga de Pinnus Oocarpa siendo clasificada.

Figura 2. Resultados comparativos de los módulos de

elasticidad obtenidos a partir de tres métodos

diferentes.

Figura 3. Evaluación de la influencia del apoyo de

una muestra en las mediciones.

Figura 4. Viga apoyada directamente en el piso.

Influencia del apoyo de las muestras y reproductibilidade del Sonelastic®

Ventajas de las Soluciones Sonelastic® en la caracterización de maderas

Con el Sonelastic® no es necesario

realizar calibraciones, ni utilizar un

soporte específico para muestras.

Figura 5. Ejemplo de durmiente de madera colada.

Variable Incertidumbre

(%)

Reproductibilidad Sonelastic® ± 0,02

Influencia del apoyo en la

medición ± 0,10

Influencia del apoyo directo y en

diferentes pisos ± 0,15

Figura 6. Ejemplo de chapa de partículas

aglomeradas.

Especie Módulo de elasticidad

Sonelastic® (GPa)

Pinnus Oocarpa 14,14 ± 2,26

Pinnus Oocarpa

colada 16,33 ± 2,14

Eucalipto Citriodora 17,74 ± 2,82

Tabla 1. Módulos de elasticidad, resultados obtenidos de algunas especies clasificadas.

Tabela 2. Resumen de los resultados: influencia del apoyo y reproductibilidad.

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 dispone de otros hornos bajo encomienda para mediciones a temperaturas superiores y/o atmósfera controlada y también se hacen adecuaciones bajo demanda.

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 os 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.

*Link: http://www.set.eesc.usp.br/labestr/

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 de este trabajo demostró la aplicabilidad del Sonelastic® en la caracterización no-destructiva de biomateriales usados en la odontología. *Link: http://www.fosjc.unesp.br/(Pós-Graduação em Odontologia Restauradora).

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.

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Estudio del daño por choque térmico

Ensayo con concretos de alta resistencia (ARI)

Figura 11. Análisis por el Método de los Elementos Finitos (FEM

Figura 9. Horno instrumentado para

caracterizaciones en función de la temperatura.

Caracterização de biomateriais

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

de la temperatura.

Figura 7. Resumen de los resultados obtenidos para el

módulo de elasticidade en muestras cilíndricas, vía

Sonelastic®, vía ensayo dinámico con acelerómetro y

vía ensayo estático.

Muestra Módulo de elasticidad

Sonelastic® (GPa)

Concreto ARI

(cilíndrico) 41,41 ± 0,38

Concreto ARI

(prismático) 43,28 ± 0,25

Concreto común 16,71 ± 0,03

Figura 8. Ilustración del ensayo con una muestra

cilíndrica.

El Sonelastic® utiliza un micrófono

para capturar la señal eliminando la

fijación de acelerómetros.

0 100 200 300 400 500 600

12

16

20

24

28

32

E (

GP

a)

Temperatura (°C)

Aquecimento

Resfriamento

Figura 10. Módulo de Young (E) vs temperatura.

Tabela 3. Resultados obtenidos para el módulo de elasticidad de las muestras caracterizadas.

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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.

Caracterizaciones demostrativas

Tel: 16-3307-7899

E-mail: apl@atcp.com.br

E-mail: ha@atcp.com.br

www.atcp.com.br

Prestación de servicios

Sonelastic® Stand Alone con soporte para pequeñas muetras.

Descubra si nuestra tecnología es adecuada para su

investigación, envíe sus muestras para una

caracterización sin compromiso!

Maderas: cualquier dimensión, visto que no es necesario un soporte específico para el cuerpo de prueba.

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.

En temperatura ambienteEn temperatura ambienteEn 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.