El ensayo de pulso ultrasónico es un Ensayo No Destructivo (END) eficaz para el control de calidad de materiales de concreto y la detección de daños en componentes estructurales.
Ensayo de pulso ultrasónico. Imagen vía Proceq©
Los ensayos no destructivos son una herramienta de gran utilidad para determinar la calidad del hormigón. Aunque existe una variedad ensayos no destructivos, el ultrasonido o ensayo de pulso ultrasónico se ha utilizado desde hace más de 50 años y sus aplicaciones en el campo de la tecnología del concreto se han incrementado, es por ello que en este articulo te contamos en qué consiste ensayo de pulso ultrasónico, su principio de funcionamiento y principales aplicaciones ¡Comencemos!
Ensayo de pulso ultrasónico en el hormigón
El ensayo de pulso ultrasónico o la velocidad de pulso ultrasónico es una prueba no destructiva, ya que se trata de una técnica utiliza ondas mecánicas que no causan daño al elemento, puede aplicarse por ejemplo, en pilotes, columnas, vigas, muros, losas u otros, una y otra vez. El ensayo de pulso ultrasónico, es útil para el monitoreo del material que experimenta cambios internos en un largo periodo de tiempo.
Origen del Ensayo de Pulso Ultrasónico
A finales de los años 40 en Canadá e Inglaterra, casi de forma simultánea, se produjo el desarrollo de instrumentos de campo para medir la velocidad de pulso. En Canadá se deseaba un instrumento para medir grietas en presas, donde Leslie & Cheesman (1949) desarrollaron un instrumento llamado “soniscope”.
Mientras que en Inglaterra se enfocaban en el desarrollo de un equipo para evaluar la calidad del concreto en pavimentos y Jones (1948) llamó a su equipo “Ultrasonic tester”. Inicialmente, los dos equipos eran similares, tenían pocas diferencias en algunos detalles. A partir de 1960 los métodos de medición de velocidad de pulso ultrasónico han extendido su aplicación en el campo de la construcción.
¿En qué consiste el ensayo de pulso ultrasónico en el hormigón?
El ensayo de pulso ultrasónico consiste en medir el tiempo que tarda un pulso ultrasónico (frecuencia entre 20 y 150 kHz) en recorrer la distancia entre un transductor emisor Tx y un transducto receptor Rx, ambos conectados al concreto objeto de estudio.
A través del transductor electroacústico emisor se genera un impulso de vibración longitudinal. Luego de recorrer una determinada distancia L, el segundo transductor (Rx) recibe la señal y, por medio de un circuito electrónico se mide el tiempo de tránsito o de propagación del impulso a través del material.
Principio del ensayo de pulso ultrasónico
El principio de funcionamiento del ensayo de pulso ultrasónico está basado en el trayecto de los pulsos de ultrasonido en su recorrido de un extremo de un elemento de concreto al otro. Se presentan los siguientes casos:
- Caso 1. Trayectoria directa a través de concreto sano (velocidad de onda más rápida).
- Caso 2. Trayecto que pasa a través de una porción de concreto de menor calidad.
- Caso 3. Trayecto difractado alrededor del borde de un vacío.
- Caso 4. Trayecto interrumpido por un vacío, resultando en una reflexión total de la onda.
Para transmitir o recibir el pulso, los transductores deben estar en contacto total con el elemento de prueba, lo cual se garantiza utilizando un material de acoplamiento, que puede ser grasa, jabón líquido, o pastas a base de glicerina.
La velocidad de pulso para concreto normal típicamente es de 3700 a 4200 m/s. Por lo tanto, para una longitud de trayecto de 300 mm, el tiempo es aproximadamente de 70 a 85 µs.
Existen tres tipos de aplicación del ensayo ultrasónico estos son:
- Más satisfactorio ya que se transmite y recibe la máxima energía del pulso generado.
- Se deben tomar precauciones para que los transductores se coloquen tan alejados, para evitar que el pulso se atenué y no pueda ser detectado
- Indirecta o superficial. El pulso se propaga en la capa de concreto cerca de la superficie.
Factores que afectan el ensayo de pulso ultrasónico
Determinar la velocidad de pulso en un elemento puede ser una actividad sencilla, sin embargo es importante considerar que las lecturas son afectadas por factores dependientes de las propiedades del concreto y otros factores que no corresponden al material.
Factores dependientes de las propiedades del concreto
- Agregado Grueso. Se ha comprobado que a mayor contenido de agregado se tienen una mayor velocidad de pulso para un concreto con las mismas características.
- Relación a/c. Influye en la velocidad del mismo modo que lo hace con la resistencia.
- Los aditivos influirán en la velocidad aproximadamente en la misma forma en que afectan la hidratación del cemento.
- Edad del Concreto. Se ha reportado que la velocidad incrementa muy rápido, pero no toma mucho tiempo para que sea constante.
Otros factores que no corresponden al concreto
- El contacto del transductor.
- La temperatura del concreto. Para temperaturas altas (mayores a 30°C) se recomienda aplicar correcciones establecidas por la norma BS 1881 Part 203, 1986.
- El contenido de humedad y condiciones de curado. La velocidad de pulso en concreto saturado es más alta que en concreto seco.
- La longitud de trayecto. Las distancias más cortas tienden a arrojar resultados más variables y una velocidad de pulso ligeramente mayor debido a la naturaleza heterogénea del concreto.La organización RILEM, recomienda las siguientes distancias mínimas: 100 mm para concreto con TMA de 30 mm y 150 mm con TMA de 45 mm.
- Presencia de Acero de Refuerzo. Es el factor más significativo debido a que la velocidad de pulso en el acero es de 1.4 a 1.7 mayor que en el concreto. Por lo tanto, las velocidades tomadas en áreas próximas a acero de refuerzo son usualmente mayores. Se recomienda realizar las pruebas evitando el acero de refuerzo en el trayecto de la onda. Si hay refuerzo transversal al trayecto de la onda, se deberán usar factores de corrección, como los recomendados por RILEM y normas británicas.
Aplicaciones del ensayo de pulso ultrasónico
El ensayo de pulso ultrasónico es una prueba no destructiva que cuenta con una variedad de aplicaciones:
- El ensayo de pulso ultrasónico se emplea en la estimación de la resistencia del concreto.
- En la determinación de la homogeneidad y calidad relativa, se utiliza La velocidad de pulso para estudiar la homogeneidad del concreto, y por consiguiente, evaluar la su calidad relativa.
- El ensayo de pulso ultrasónico se aplica en estudios de hidratación de cemento. El estudio se basa en el monitoreo de cambios en la estructura interna (fraguado y endurecimiento) de un mismo elemento de prueba.
- El ensayo de pulso ultrasónico se emplea en estudios de la durabilidad del concreto, esta prueba detecta el deterioro causado por congelamiento y deshielo, exposición a sulfatos, reactividad álcali-agregado, corrosión, así como la exposición al fuego.
- El ensayo de pulso ultrasónico permite estimar el módulo de elasticidad del concreto, si se mide la velocidad de pulso y se conocen o asumen la densidad y la relación de Poisson.
El método del ultrasonido tiene hoy entre sus especificaciones a la ASTM C597 –Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete, que consigna la metodología y exigencias para aplicar el método del pulso ultrasónico.
En Cotecno nos especializamos en estudios de calidad del hormigón como el ensayo de pulso de ultrasónico, técnica útil en la detección de delaminación, vacíos y grietas en el hormigón, así como la determinación de su espesor y la velocidad de pulsos ultrasónicos para verificación de calidad del hormigón en obra.
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