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Correlación de la resistencia a compresión entre rotura con prensa y ensayos de ultrasonido

Tema: LABORATORIO
Autor: Edgardo Urtubey, Ricardo Schiava, Miguel Cárdenas (FCEyT – UNSE, Santiago del Estero, Argentina)
Fecha Publicación: 31/12/2009

El presente trabajo se realizó para obtener curvas de correlación “Resistencia a Compresión – Velocidad de la Onda Ultrasónica” para las clases de Hormigones elaborados más requeridas en el medio.

INTRODUCCIÓN

Objetivo

Establecer la correlación entre ensayos destructivos y no destructivos con el propósito de estimar la resistencia de hormigones normales elaborados con materiales y según el arte de la región. Para eso se solicitó a varios proveedores locales una cantidad adecuada de probetas cilíndricas de 15 x 30 de cada uno de esos hormigones.

Las probetas fueron ensayadas primero con ultrasonido para determinar la velocidad de tránsito de la onda ultrasónica y luego a la compresión a fin de determinar la resistencia a compresión. La elaboración de estos datos experimentales permitió obtener las curvas de correlación arriba mencionadas, mediante las cuales se pudo evaluar con más precisión resistencias de estructuras existentes sobre cuyas características mecánicas no haya datos fehacientes.

Justificación

En las últimas décadas se puede ver que una parte cada vez más importante de los gastos en infraestructura se destinan a mantenimiento y reparación. En particular en el área de las construcciones, razones económicas han impulsado notablemente la reparación y el reciclado de construcciones dañadas. Las estructuras de hormigón armado, partes fundamentales de muchas construcciones con problemas, también se ven afectadas por daños que progresivamente van determinando la necesidad de una intervención para repararlas y/o reforzarlas.

El modo de ejecución requiere de la evaluación y el diagnóstico previo del estado de la estructura considerada. La necesidad creciente de efectuar estas evaluaciones ha determinado que muchos códigos de la construcción hayan normalizado ensayos no destructivos que permiten obtener información concerniente a estructuras en lo que se refiere a sus defectos, durabilidad, estado de corrosión de las armaduras y resistencia de los materiales constitutivos, entre los cuales generalmente se encuentra el hormigón.

Esos datos brindan la posibilidad de proyectar soluciones estructurales más racionales. Por otro lado, esa información permite una evaluación más confi able sobre la seguridad de la estructura en el estado actual y en las condiciones finales (luego de haber sido reparada y/o reforzada). La necesidad de conocer de modo fehaciente la condición de estructuras existentes que hayan sufrido algún siniestro o se piensen objetos de un cambio de destino ha impulsado la creciente utilización de los ensayos no destructivos. Como consecuencia de esto en la actualidad se desarrollan nuevas técnicas de ensayo y se optimizan los ensayos conocidos para hacerlos más confi ables y precisos.

Publicaciones nacionales e internacionales sobre este tema evidencian que es una preocupación importante de tecnólogos, estructuralistas e investigadores, quienes no han logrado hasta el presente métodos que se puedan considerar incuestionables.

Este trabajo tiene el propósito de efectuar una contribución práctica a la comunidad técnica relacionada con la tecnología del hormigón, fundamentalmente a la de la región, ya que se trabaja con materiales de la zona y con la metodología usada comúnmente, lo que permitiría obtener mejores estimaciones del valor de la resistencia de un hormigón de una estructura terminada.

Definición y clasificación

Se definen como ensayos no destructivos las técnicas destinadas a la inspección o ensayo de un material o de una pieza fabricada con él, realizado sin causar daño que comprometa su futura utilización. Una primera clasificación de estos ensayos distingue tres grupos: no destructivos, parcialmente destructivos y destructivos; siendo los dos primeros grupos los de mayor uso debido a la simplicidad, rapidez y posibilidad de realizar un gran número de determinaciones sin comprometer la integridad de la estructura.

MÉTODOS Y EQUIPOS EMPLEADOS

Determinación del tiempo de tránsito del pulso ultrasónico

Bajo ciertas condiciones se puede relacionar la resistencia del hormigón con la velocidad de ondas longitudinales que lo atraviesan. La velocidad del pulso es proporcional a la raíz cuadrada del módulo de elasticidad e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la densidad del hormigón.

Teniendo en cuenta que el módulo de elasticidad del hormigón es proporcional a la raíz cuadrada de la resistencia a la compresión, como lo sugiere el A.C.I. N° 318, resulta que la velocidad del pulso es proporcional a la resistencia a la compresión. En una estructura las diferentes dosificaciones, los diferentes grados de compactación, el curado, etc., resultan en distintos valores de resistencia y en variaciones en la velocidad del pulso ultrasónico. Una disminución de la densidad originada por un incremento en la relación agua/cemento o por una compactación deficiente hará disminuir la resistencia a la compresión del hormigón y la velocidad del pulso.

La velocidad de la onda no se determina directamente; se calcula por el tiempo que tarda la pulsación en recorrer una distancia que se mide. Este pulso ultrasónico se obtiene aplicando un cambio rápido de potencial proveniente de un impulsor transmisor a un transductor de cristal piezoeléctrico (del griego piezein = comprimir) que emite vibraciones en su frecuencia fundamental.

Estos transductores pueden ser de cuarzo, titanato de bario, titanato de circonato de plomo, sulfato de litio y en la actualidad piezocristales sintéticos. Al comprimirse el cristal en dos caras paralelas ellas se cargan eléctricamente, estableciéndose una tensión eléctrica entre ambas. Si se recubren las caras de la placa de cuarzo con láminas metálicas es posible medir la tensión eléctrica aludida. El efecto piezoeléctrico es recíproco. Si se someten las dos caras opuestas de la placa de cristal a una tensión eléctrica alternada se origina en la misma una vibración mecánica de igual frecuencia.

De esta manera se pueden provocar vibraciones en la banda superior del ultrasonido que se propagan al cabezal del aparato como ondas ultrasónicas. El principio es el siguiente: desde la central pulsadora se emite una señal de alto voltaje y corta duración que al incidir sobre el cristal piezoeléctrico lo comprime produciendo una vibración amortiguada que el transductor transmite al hormigón; el transductor receptor recibe esta onda; se cargan eléctricamente las caras del cristal y las placas metálicas registran esta corriente, que es llevada a la central; y se registra el tiempo -en microsegundos- que tarda el pulso en ir desde el emisor al receptor. Midiendo el espesor del elemento de hormigón en estudio, en metros, se determina la velocidad a la cual el pulso atravesó el mismo. v = 103 . d/t.