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Fernando Carneiro y el Ensayo Brasileño, 68 años de Tracción Indirecta

Hoy, 15 de noviembre de 2011, se cumplen diez años de la muerte de Fernando Luiz Lobo Barboza Carneiro (1913-2001), ingeniero brasileño que, entre otros muchos méritos y realizaciones, desarrolló el “Ensayo de Tracción Indirecta”, conocido internacionalmente como “Ensayo Brasileño”.

El ensayo brasileño tiene el mismo punto de partida que los ensayos de plasticidad de Casagrande, la construcción de aeropuertos durante la Segunda Guerra Mundial. Para Casagrande el problema eran los campos de aterrizaje de tierra de las islas del Pacífico, para Carneiro los pavimentos de hormigón en Brasil, complicados de ensayar.

La inspiración existe, pero debe pillarte trabajando, y así es como cogió a Carneiro. En 1943, Rio de Janeiro se encontraba en plena remodelación urbanística, y como siempre pasa en estos casos, algunas cosas no encajaban en la nueva ordenación. Por ejemplo, la pequeña iglesia de San Pedro, de 1732, que ahora estaba justo en medio de lo que debía ser la Avenida Presidente Vargas. Como dijo Don Quijote la noche que entró a tientas en El Toboso, “con la iglesia hemos dado, Sancho”.

La iglesia, en medio de la Avenida, fastidiando los planes… urbanísticos

Trasladar una iglesia no es algo tan descabellado, ya se había hecho otras veces, así que encargaron el trabajo a una empresa especializada que ya ha aparecido en este blog, Pilotes Franki. El problema es que estos traslados se realizan sobre rodillos de acero, y en tiempo de guerra (recuerdo, 1943, en plena 2ª Guerra Mundial) toda la producción de acero estaba destinada a la industria bélica… vale, no había acero, la cuestión era ¿podía hacerse sobre rodillos de hormigón de 60 cm de diámetro?

Esto es lo que tenían pensado hacer, pero con rodillos de hormigón

Los rodillos de acero se calculaban mediante la fórmula de Hertz, pero el hormigón no es igual que el acero, así que encargaron a Carneiro que lo verificara… y lo que Carneiro verificó es que los rodillos cargados a compresión se rompían a tracción a través de fisuras verticales, de ahí la acertada denominación de “tracción indirecta”, sometidos a compresión, rompían a tracción.

Al final, entre el problema de los rodillos, el lamentable estado de la estructura, el elevado precio de la operación, el cachondeo generalizado (hasta una samba hicieron sobre el tema) y que Pilotes Franki tampoco se comprometía al 100% con el éxito de la operación, se decidió demoler la iglesia y zanjar el problema de raíz… pero Carneiro no se había olvidado de las probetas a tracción.

El planteamiento teórico puro del problema era conocido, era una variación del problema de carga lineal sobre un semiespacio elástico infinito, resuelto por Flamant en 1892 a partir de las ecuaciones de Boussinesq [ver más abajo]. Lo que había que comprobar era si el resultado era válido en la práctica, porque si, vale, las cargas “puntuales y lineales” se dibujan muy bien sobre el papel pero, a la hora de la verdad, la cosa se complica.

Los resultados no eran del todo exactos, pero era un ensayo fácil de realizar y con probetas de 15 cm de diámetro por 30 cm de longitud el error era tolerable, así que en septiembre de 1943 lo presentó en el 5ª Congreso de la “Associaçao Brasileira de Normas Técnicas (ABNT)” (curiosamente, diez años más tarde se supo que sólo dos meses después se había presentado en Japón -país enemigo en aquel momento- un procedimiento de ensayo muy parecido).

En 1947 el método se presentó formalmente en el “International Meeting of Materials Testing Laboratories” de París, donde ya empezaron a llamarlo ”essai brésilien”. Ese mismo año se fundaría la RILEM o “Réunion Internationale des Laboratoires et Experts des Matériaux, systèmes de construction et ouvrages”, organismo que el propio Carneiro presidiría en 1979 (como curiosidad, decir que Eduardo Torroja fue uno de los fundadores y su cuarto presidente, en 1951). El ensayo fue admitido por la American Society for Testing Material (ASTM) en 1962, por la International Society for Rock Mechanics (ISRM) en 1978, y por la International Organization for Standardization (ISO) en 1980.

En España el ensayo tiene varias “versiones”. Para hormigones la norma vigente es la UNE EN 12390-6:2001, en la que ya ha desaparecido el subtítulo de “ensayo brasileño” que todavía mantenía la derogada UNE 83-306-1985, para mecánica de rocas hay una UNE 22-950-90 [2] y una NLT 253-91. En EEUU corresponde a la ASTM C496-11.

En lo que respecta a la geotecnia, en el campo de la mecánica de rocas el ensayo brasileño todavía tiene mucho que decir. Si tienes ganas de leer sobre el tema puedes seguir con este artículo del International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences [pdf] o con este otro del International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics [pdf] en el que se propone determinar las propiedades elásticas de probetas de roca mediante ensayos brasileños y una serie de iteraciones, tipo “back analysis“. El tema queda fuera de mis posibilidades (no me planteo tener una prensa de ensayo en casa, no sabría dónde ponerla y, además, no me pega con los muebles) pero quizá pueda servir de inspiración, sería un trabajo interesante.

La mayor parte de esta entrada se ha sacado de este artículo del RILEM Bulletin con motivo del fallecimiento de Fernando Carneiro en 2001, el blog Coisas da Arquitetura, y estas notas de clase del Prof. Eduardo C. S. Thomaz, del Instituto Militar de Engenharia.

———————  Peligro, teoría de aquí en adelante ——————–

La solución real del problema tiene en cuenta las dimensiones de la zona de apoyo de la carga y no es lo que se dice intuitiva, precisamente (puedes comprobarlo en este artículo del International Journal of Mechanical Sciences [pdf]), pero la solución teórica del problema con carga puntual no es tan complicada, simplemente hay que resolver el problema de Flamant dos veces, en tensión plana (la segunda con un cambio de ejes), aplicar después el principio de superposición entre los dos estados y, por último, un tercer estado que elimine las fuerzas exteriores. Mis compañeros de la ETSICCP de Valencia quizá lo recuerden, fue el problema de la parte de Elasticidad del examen final de junio de 1996 de Resistencia de Materiales, Elasticidad y Plasticidad.

Si quieres ver la solución paso a paso puedes consultar, por ejemplo, las páginas 185 a 189 de la primera edición del Elasticity Theory, de Martin H. Saad. La distribución de tensiones tangenciales del problema es, casualmente, la imagen de portada del libro.

PD: Parece que voy aprendiendo, he sido capaz de escribir sobre el ensayo brasileño sin caer en el chiste fácil de nombrar las ingles autóctonas, el vóley playa, las mulatas, Copacabana, Ipanema, los tangas, el carnaval, la Bossa nova…

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Comentario

  1. Oye me está encantando tu blog… como se onota que sabes de historia de la geotécnia, no sabrás donde puedo encontrar algo sobre coulomb y su ley de resistencias? saludos jcaz15@hot

  2. Digamos que me gusta la geotecnia, así que procuro seguir aprendiendo.

    Coulomb ha salido ya alguna que otra vez por el blog, ahora mismo recuerdo la conferencia de Eduardo Alonso sobre el progreso de la geotecnia y el discurso de Jiménez Salas sobre aportaciones científicas españolas a la geotecnia.

    Si necesitas más información te recomiendo que acudas directamente a los libros de Jacques Heyman. Tiene una monografía sobre Coulomb (que yo sepa, no traducida al castellano) y varios libros sobre historia de las estructuras en los que también lo menciona, esos si que están en castellano y en Google Books, además.