¿Qué es la Velocidad de pulso Ultrasónico a través del concreto?

La velocidad del pulso ultrasónico a través del concreto es una medida crucial en ensayos no destructivos. Se basa en enviar un pulso ultrasónico a través del concreto, medir el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida y calcular la velocidad. Esta velocidad está relacionada con las propiedades elásticas del concreto, como densidad y módulo de elasticidad, que a su vez se vinculan con la calidad y resistencia del material. Este método se utiliza para evaluar la uniformidad del concreto, detectar grietas y defectos, estimar la resistencia a la compresión y evaluar la calidad del material sin dañar la estructura.

Principio de medición

El principio de medición en el ultrasonido para concreto se basa en la propagación de ondas ultrasónicas a través del material. Estas ondas ultrasónicas de alta frecuencia se generan mediante un transductor ultrasónico y viajan a través del concreto. La velocidad con la que estas ondas ultrasónicas se propagan está influenciada por las propiedades elásticas del material.

Cuando las ondas ultrasónicas encuentran una interfaz entre diferentes materiales o alguna irregularidad en el concreto, parte de la energía puede reflejarse y otra parte puede transmitirse a través de la interfaz. Al medir el tiempo que tarda la onda ultrasónica en viajar desde el transductor hasta la interfaz y de regreso, es posible calcular la velocidad de pulso ultrasónico en el concreto.

La velocidad de pulso ultrasónico se relaciona con las propiedades del material, como la densidad y la elasticidad. Por lo tanto, al medir esta velocidad, se puede obtener información sobre la homogeneidad, la calidad y, en algunos casos, la resistencia del concreto. Es importante señalar que la interpretación precisa de los resultados a menudo requiere correlaciones específicas basadas en calibraciones con muestras conocidas y en condiciones controladas. Este método se utiliza comúnmente en ensayos no destructivos para evaluar la integridad y características del concreto en estructuras sin causar daño significativo al material.

Figura 1. Principio de medición

Tipos de ondas en el ultrasonido para la inspección en concreto

Las ondas longitudinales y ondas transversales son dos tipos de ondas mecánicas que se propagan a través del concreto, pero con características distintas en términos de la dirección del movimiento de las partículas y su relación con la dirección de propagación de la onda.

1. Ondas Longitudinales:
• Definición: En una onda longitudinal, el movimiento de las partículas en el medio es paralelo a la dirección de propagación de la onda.
• Características: También conocidas como ondas de compresión, las partículas se desplazan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Estas ondas suelen ser responsables de la transmisión de la energía de manera más eficiente y rápida en comparación con las ondas transversales.
2. Ondas Transversales:
• Definición: En una onda transversal, el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
• Características: Estas ondas involucran un movimiento lateral de las partículas. Aunque más lentas que las ondas longitudinales, las ondas transversales son esenciales en la detección de defectos en materiales sólidos.

En el contexto de ensayos no destructivos y evaluación de materiales, como en el método de ultrasonido, se utilizan tanto ondas longitudinales como transversales para obtener información sobre las propiedades y la integridad de los materiales.

Figura 2. Ondas longitudinales y transversales

Aplicaciones del equipo de UPV Pundit PL-200

ASTM C597-22 Standard Test Method for Ultrasonic Pulse Velocity Through Concrete

NMX-C-275-ONNCCE-2019 Industria de la Construcción-Concreto Hidráulico Determinación de la Velocidad de Pulso Ultrasónico a Través del Concreto-Método de Ensayo

UNE-EN 12504-4:2006 Parte 4: determinación de la velocidad de los impulsos ultrasónicos

Aplicaciones del equipo de UPV Pundit PL-200

El ultrasonido se utiliza en la inspección del concreto como una técnica no destructiva para evaluar la calidad del material y detectar posibles defectos. Aquí hay algunas aplicaciones específicas del ultrasonido en la inspección del concreto:

1. Medición de Espesor y Detección de Vacíos:
• Se utiliza para medir el espesor de elementos de concreto y detectar posibles vacíos o zonas de baja densidad en la estructura.
2. Evaluación de la Calidad del Concreto:
• Permite evaluar la homogeneidad y calidad del concreto midiendo la velocidad de las ondas ultrasónicas a través del material.
3. Determinación de Propiedades Elásticas:
• Ayuda a determinar propiedades elásticas del concreto, como el módulo de elasticidad, proporcionando información sobre la rigidez y la capacidad de carga.
4. Localización de Grietas y Defectos:
• Permite la detección de grietas internas, delaminaciones u otros defectos estructurales que podrían comprometer la integridad del concreto.
5. Estimación de la Resistencia a Compresión:
• A través de la velocidad de las ondas ultrasónicas, se puede realizar una estimación indirecta de la resistencia a compresión del concreto.
6. Inspección de Elementos Estructurales:
• Aplicado en columnas, vigas, losas y otros elementos estructurales para evaluar la calidad y detectar posibles problemas de manera no invasiva.
7. Evaluación de la Profundidad de Grietas:
• Permite determinar la profundidad de grietas superficiales y evaluar si representan un riesgo para la durabilidad y la integridad de la estructura.
8. Control de Calidad en la Construcción:
• Utilizado para realizar ensayos de control de calidad en el concreto fresco y endurecido durante y después de la construcción.
9. Inspección de Elementos Prefabricados:
• Aplicado en elementos prefabricados de concreto para asegurar la calidad y detectar posibles defectos antes de la instalación.

Procedimiento de medición de la velocidad de pulso ultrasónico

La determinación de la velocidad del pulso, esencial en ingeniería civil, se realiza en campo y laboratorio, considerando la forma y tamaño de la muestra. Se requiere que los elementos estén limpios y se eviten vibraciones que puedan afectar los resultados, asegurando la precisión del proceso.

1. Puesta a cero mediante barra testigo

La puesta a cero en equipos de ultrasonido es esencial para garantizar mediciones precisas en pruebas no destructivas. Este proceso, realizado periódicamente, se vuelve crucial ante cambios en la frecuencia del transductor o la sustitución de cables. Utilizando una varilla de calibración, donde se marca el valor conocido (µs), los transductores se acoplan con acoplador en ambos extremos, asegurando una presión firme. Este procedimiento no solo es técnico, sino que también contribuye a mantener la integridad de las mediciones ultrasónicas, fortaleciendo la confiabilidad de las pruebas no destructivas.

Figura 3. Uso del patrón de calibración

Selección de la frecuencia

La elección de la frecuencia del palpador en las inspecciones de concreto es esencial por varias razones. La frecuencia afecta la penetración de las ondas ultrasónicas en el concreto, influyendo en la detección de defectos en diferentes profundidades y tipos de superficies. Frecuencias más altas ofrecen mejor resolución para defectos superficiales, mientras que frecuencias más bajas penetran a mayores profundidades. La selección adecuada depende de la naturaleza de los defectos esperados, las propiedades del material y la necesidad de detectar detalles finos o problemas más profundos. En general, la elección de la frecuencia del palpador es crucial para lograr una inspección precisa y efectiva del concreto.

Figura 4.Tipo de palpadores para inspecciones en concreto

Tipos de transmisión del ultrasonido

En el ámbito de la evaluación de estructuras de concreto, nos encontramos con tres enfoques fundamentales para la transmisión de ultrasonido: la transmisión directa, la transmisión semidirecta y la transmisión indirecta o superficial

Transmisión Directa: La modalidad de transmisión directa se presenta como la opción predilecta siempre que sea factible su implementación. Este método nos ofrece la máxima sensibilidad y una clara trayectoria para el pulso ultrasónico. En este escenario, el pulso longitudinal se emite desde el transductor transmisor hacia el material, propagando la onda elástica en una dirección normal a la cara del transmisor. Ubicamos el receptor en dirección normal en la cara opuesta del elemento que estamos evaluando.

Figura 5. Transmisión directa

Transmisión Semidirecta: En situaciones donde necesitamos analizar con trayectorias diagonales, optamos por la transmisión semidirecta. En este enfoque, colocamos los transductores en superficies contiguas y perpendiculares al elemento de ensayo. La medición de la distancia de recorrido se realiza como la diagonal entre los transductores, aplicando el Teorema de Pitágoras. Aunque proporciona versatilidad, es crucial tener en cuenta que este método puede verse influenciado por capas superficiales en elementos más pequeños y su eficacia depende de la forma del elemento en evaluación.

Figura 6. Transmisión Semidirecta

Transmisión Indirecta o Superficial: La transmisión indirecta representa la opción menos recomendada debido a su relativa insensibilidad. Las medidas de tiempo de viaje suelen estar influenciadas por la capa de concreto más cercana a la superficie, que no refleja de manera precisa las condiciones en estratos inferiores. La longitud de la trayectoria del pulso no está bien definida, y determinar la velocidad del pulso implica fijar el transductor emisor y desplazar el transductor receptor sobre la misma superficie en posiciones sucesivas a lo largo de una línea recta. Recomendamos utilizar este método con precaución y solo cuando no es posible aplicar la transmisión directa.

Figura 7. Transmisión Indirecta o Superficial

Preparación de la superficie

La preparación adecuada de la superficie es crucial para realizar pruebas de ultrasonido en concreto de manera efectiva. Aquí se describen los pasos típicos para preparar la superficie antes de llevar a cabo la prueba:

Eliminación de cualquier recubrimiento: Asegurarse de que no haya materiales extraños, como pintura, revestimientos o cualquier sustancia que pueda interferir con la transmisión de las ondas ultrasónicas.

Limpieza de la Superficie: Antes de la prueba, es esencial limpiar la superficie del concreto de cualquier suciedad, polvo, grasa u otros contaminantes. Se puede utilizar un cepillo, piedra de desbaste o cualquier método que garantice una superficie limpia.

Figura 8. Preparación de la superficie

Colocación de acoplante ultrasónico

En las inspecciones de concreto mediante ultrasonido, el acoplante se utiliza con el propósito de garantizar un contacto eficiente y sin aire entre el transductor ultrasónico y la superficie del material que se está evaluando. El acoplante, generalmente un líquido viscoso como aceite o glicerina, cumple varias funciones importantes:

1. Transmisión eficiente de ondas ultrasónicas: El acoplante facilita la transmisión efectiva de las ondas ultrasónicas desde el transductor hacia el concreto. Al eliminar el aire entre el transductor y la superficie del concreto, se mejora la transferencia de energía ultrasónica al material.
2. Mejora de la calidad de la señal: Evita la formación de bolsas de aire que podrían interferir con la propagación de las ondas ultrasónicas. Un buen contacto entre el transductor y el concreto asegura una señal más clara y precisa durante la prueba.
3. Eliminación de interferencias: Contribuye a minimizar las reflexiones y refracciones no deseadas que podrían ocurrir debido a la presencia de aire entre el transductor y el concreto. Esto ayuda a obtener mediciones más precisas de la velocidad de pulso ultrasónico.

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