Estudio de las variaciones térmicas en la medición de un gato plano: análisis numérico y experimental

Abstract

En las últimas décadas, las tecnologías avanzadas han revolucionado el campo de la ingeniería civil, permitiendo la adopción de nuevos métodos de inspección y monitorización. Su incorporación en el control de estructuras en servicio ha incrementado su aplicación en el sector, convirtiéndose en herramientas indispensables para el diseño, análisis y mantenimiento de las estructuras. Estas tecnologías no solo permiten verificar y controlar el comportamiento estructural real, sino que también sirven de guía en la toma de decisiones, favoreciendo así la seguridad. En este contexto, un dispositivo para la monitorización estructural ha sido desarrollado. Este tiene por objeto, determinar la tensión inicial existente, y dar seguimiento de manera continua a la evolución de la variación tensional registrada por el elemento. Sin embargo, estudios realizados al mismo han detectado una influencia de las variaciones térmicas sobre los registros del sensor, pudiendo ocasionar incrementos de tensiones que no son de carácter estructural. Con objeto de dar respuesta a esta situación, se desarrolla el presente Trabajo Fin de Grado en el que se pretende cuantificar la incidencia de las variaciones térmicas en la medición. El estado tensional está relacionado con la presión del aceite hidráulico contenido en el gato plano. De ahí que el desarrollo del proyecto comience con el planteamiento de un modelo matemático para relacionar los incrementos de presión con las variaciones térmicas y, por ende, cuantificar los incrementos tensionales asociados a las condiciones ambientales. Para su comprobación se diseñó un modelo del dispositivo mediante software CFD, lo que permitió evaluar las tensiones y deformaciones para diferentes gradientes de temperaturas y presiones de uso. Además, con objeto de estudiar el comportamiento del dispositivo en condiciones de trabajo, se diseñó y confeccionó una cámara climática que simulara las diferentes condiciones reales. Se plantaron una serie de alternativas hasta alcanzar la configuración óptima definitiva. Se establece así un escenario controlado que permitiera estudiar la incidencia de las variaciones térmicas en el gato plano. El trabajo finaliza con la validación experimental del funcionamiento de la cámara climática, capaz de someter al gato plano a diferentes condiciones ambientales. Para ello, se acondiciona la cámara climática con una serie de sensores que evalúan las temperaturas en diferentes posiciones y materiales, además de registrarse otros parámetros como fuerza, presión, humedad, entre otros.

In recent decades, advanced technologies have revolutionized the field of civil engineering, enabling the adoption of new inspection and monitoring methods. Their incorporation into the control of structures in service has increased their application in the sector, making them indispensable tools for the design, analysis, and maintenance of structures. These technologies not only allow for verifying and controlling the actual structural behavior, but also serve as a guide in decision-making, thereby enhancing safety. In this context, a device for structural monitoring has been developed. Its purpose is to determine the existing initial stress and continuously track the evolution of the stress variation recorded by the element. However, studies conducted on the device have detected an influence of thermal variations on the sensor readings, which can cause stress increases that are not structural in nature. To address this situation, the present Bachelor's Thesis has been developed, aiming to quantify the impact of thermal variations on the measurement. The stress state is related to the pressure of the hydraulic oil contained in the flat jack. Therefore, the project begins with the development of a mathematical model to relate pressure increases to thermal variations and, consequently, to quantify the stress increases associated with environmental conditions. To verify this, a model of the device was designed using CFD software, which allowed for the evaluation of stresses and deformations under different temperature gradients and operating pressures. Additionally, in order to study the behavior of the device under working conditions, a climatic chamber was designed and built to simulate different real conditions. A series of alternatives were considered until the final optimal configuration was reached. This established a controlled scenario that allowed the study of the impact of thermal variations on the flat jack. The work concludes with the experimental validation of the functioning of the climatic chamber, capable of subjecting the flat jack to different environmental conditions. For this purpose, the climatic chamber was equipped with a series of sensors to evaluate temperatures at different positions and materials, as well as to record other parameters such as force, pressure, humidity, among others.