Ensayos no destructivos en hormigón

Universidad Tecnológica Nacional

Cátedra: Tecnología del Hormigón.

Facultad Regional Córdoba

Trabajos Prácticos

Departamento de Ingeniería Civil

Año: 2015

Grupo 18

Ing. Cristián J. di Gioia

Trabajo Práctico 5

Grupo 18

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Año: 2015

Grupo 18


Objetivos El presente trabajo práctico de laboratorio, de la cátedra Tecnología del Hórmigon, tiene como objetivo la introducción de los alumnos a los diversos ensayos no destructivos que se realizan a estructuras de hormigón. Busca adquirir el conocimiento general, conocer la manera de aplicación, y la comprensión de los datos obtenidos a partir de la utilización de los siguientes equipos: ultrasonido, esclerometria, pachometro.

Marco Teórico Los ensayos destructivos realizados en los anteriores trabajos prácticos, no llegan a determinar la verdadera resistencia del hormigón colocado en una estructura, dado que los valores de resistencia que se obtienen son de probetas en condiciones de moldeo, curado, temperatura y ambiente de laboratorio, que la gran mayoría de las veces son diferentes de las condiciones de colocado y curado en obra. Para ello, la extracción de testigos puede ofrecer una mejor aproximación a los valores reales de resistencia del hormigón que conforma la estructura, pero se presenta la imposibilidad de sacar testigos en zonas comprometidas estructuralmente, como por ejemplo nudos viga-columna, donde es importante determinar los valores de resistencia del hormigón colocado. Surge entonces la necesidad de idear equipos, métodos y experimentos que permitan determinar con una buena aproximación de las características del hormigón en una estructura construída, sin producir una alteración en la misma, estos ensayos se conocen como no destructivos. Los equipos utilizados son:

La aplicación de este método se pueden determinar la uniformidad y las fallas presentes en el hormigón y correlacionar los resultados obtenidos con la resistencia mecánica y calidad del hormigon. La norma IRAM que se aplica en este caso es la IRAM 1683 "Hormigón de cemento Pórtland: Método para la determinación de la velocidad de los pulsos ultrasónicos". El sonido es una perturbación, en forma de ondas, del medio en que se propag a, haciendo vibrar elásticamente a moléculas y átomos, considerándose ultrasónica aquella onda que supera los 20 kHz de frecuencia. El método consiste en la determinación de la velocidad de propagación de una onda ultrasónica a través de la masa de hormigón y en función de ésta realizar correlaciones que permitan evaluar la calidad y la resistencia del mismo. Con respecto a la velocidad en el hormigón, sabemos que la velocidad de propagación de un paquete de ondas elásticas es un parámetro que está en directa relación con las características físicas del material, mientras más denso es el material más rápido pasará la onda, el tiempo será menor y por lo tanto mayor velocidad. La utilización del método de ultrasonido en el hormigón tiene varias aplicaciones, pero entre otras permite determinar:   

Calidad del hormigón. Profundidad de fisuras. Zonas superficiales dañadas por el fuego, agentes agresivos o congelamiento. pag. 2




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

Zonas de distinta resistencia a compresión.

Quizás la principal aplicación es la determinación de la relación que existe entre velocidad de propagación y resistencia a compresión del hormigón. Esta velocidad de propagación de la onda viene expresada como: C: Velocidad de propagación p: Densidad del material p: Coeficiente de Poisson E: Módulo de Young Si existe correlación entre el módulo de Young y la resistencia, también la habrá entre ésta última y la velocidad de propagación. Existen 3 métodos de auscultación ultrasónica, que se pueden observar en la siguiente figura:

Siendo la de transmición directa la que provee resultados mejores. Hay ciertas condiciones que influyen sobre las mediciones de la velocidad de pulso ultrasónico. Entre ellas podemos mencionar las condiciones de la superficie (ser lisa y sin recubrimiento superficial), contendido de humedad, la temperatura del hormigón, distancia de traspaso, forma y tamaño de la muestra, entre otras. Cuando se trabaja en estructuras de hormigón armado es muy importante considerar la presencia de armaduras. Por este motivo se debe emplear, previamente, el método de detección magnética de armaduras (pachómetro) para determinar la ubicación de las mismas. pag. 3




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Existen gráficos que permiten corregir las lecturas de los tiempos de pasaje de la onda ultrasónica cuando hay influencia de las armaduras contenidas en el hormigón, ya sea que las mismas estén ubicadas en forma paralela o normal a la dirección de pasaje de la onda.

Los ensayos superficiales para determinar la calidad del hormigon pueden ser estáticos o dinámicos. Los primeros no han tenido mucho desarrollo debido a que los aparatos a manejar son pesados, voluminosos y poco manejables. Los dinámicos, en cambio se han desarrollado diversas modalidades y los únicos métodos que han logrado éxito son los que derivan de la determinación de la altura de rebote. En ellos la fuerza se aplica mediante un choque o impacto. Entre ellos se encuentra el Martillo de Schmidt. Este tipo de ensayo ha ganado terreno en los últimos tiempos debido a la facilidad de ejecución en obra, y al bajo costo de los aparatos empleados. Se emplea para:      

Evaluar la uniformidad de la calidad superficial del hormigón. Detectar cambios en las características del hormigón con el tiempo. Establecer síntomas patógenos en el hormigón. Comparar la resistencia a compresión dej hormigón en laboratorio y en obras. Controlar la resistencia de compresión del hormigón en obra, para Io cual se deber confeccionar las curvas de correlación.

Hay varios factores que afectan a la estimación de la resistencia, entre los que podemos nombrar la influencia de la posiciones de la superficie del hormigon y la posición del aparato respecto de dicha superficie, la influencia del tipo de cemento y agregados, del contenido de humedad, la carbonatación, como fue curado y como endureció el hormigon, como fue compactado y el tipo de encofrado empleado. A pesar de todos los parámetros que influyen en la obtención del número de rebote se puede afirmar que el ensayo con esclerómetro es útil para comparar hormigones realizados con los mismos materiales e igual dosificación, verificar uniformidad, determinar en forma aproximada el valor de resistencia a compresión.

La base de los ensayos magnéticos es la distorsión producida por un campo magnético cuando se lo acerca a un material de idénticas propiedades, que presentan diferentes características como ser: heterogeneidad, grietas, defectos de temperatura, etc. El método de detección magnética tiene como tarea principal detectar la presencia de materiales ferromagnéticos dentro de otro que no lo es, por ejemplo: hormigón, mampostería, etc. Entre sus principales usos, podemos mencionar. • Detección de armaduras. • Posición y dirección de armaduras. • Diámetro de barras. • Espesor de recubrimiento. pag. 4




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El principio basico del funcionamiento del pachómetro, se basa en que una pila eléctrica envía corriente a través de un reóstato a un transformador a transistores, éste engendra una corriente alterna de una decena de voltios. La corriente se envía a dos núcleos de hierro en forma de U; los núcleos, comparador y sonda, llevan unos devanados suplementarios dispuestos y conectados en oposición de fase; la corriente resultante se mide con el galvanómetro. Cerrándose el circuito magnético de los núcleos a través de la armadura será fácil detectar ésta, su posición, orientación e incluso diámetro, bajo ciertas circunstancias. El campo que se extiende entre dos superficies polares de la punta de prueba es similar a medio toroide hue co, la intensidad del campo es inversamente proporcional al cubo de la distancia entre dichas superficies al igual que el efecto de perturbación. Conociendo que es dificil que un campo magnético se propague en un medio libre no magnético, pero es bastante sencilla su propagación en un material magnético, cuando se ubica ese material magnético entre el campo de la sonda de prueba todas las líneas de f uerza magnética pasarán a través de la barra de amadura; esto distorsiona la configuración del campo magnético, reduciendo su intensidad en direcciones lejanas a la armadura más próxima, y permite obtener una buena discriminación entre dos barras de armaduras a diferentes distancias de las superficies polares de las puntas de prueba. El pachómetro es un instrumento liviano, de baterías recargables, resistente y bastante preciso para la ubicación de las barras de refuerzo en hormigón armado. La magnitud de la perturbación se indica por la desviación de la aguja en el medidor del instrumento que ha sido calibrado para leer directamente dimensión de barra y distancia con profundidad de la punta de prueba. Entre las características del aparato podemos mencionar Máxima profundidad de penetración -Alimentación --------------------------------Longitud del cable de la sonda ----------Dimensiones ---------------------------------Peso --------------------------------------------

100 mm 6 pilas de 1,5 voltios 1,10 m 235 x 260 xi oo mm 5 kg

Otros usos del pachómetro son: Ubicación de cables y empalmes de cables de acero en hormigón pretensado. Determinación de espesor de revestimiento refractario en altos hornos. Ubicación de cañerías, conductos para cables, conductos de humos y canales. Estimación de la densidad de fibras de acero en los hormigones tipo HRF (hormigón reforzado con fibras) cuya distribución y concentración son fundamentales, en el aprovechamiento de estos microesfuerzos, en las propiedades reológicas y de comportamiento mecánico de estas mezclas.    

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Desarrollo

: 

Generador de ondas ultrasónicas

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Dos transductores o palpadores electroacústicos (emisor y receptor)



Medidor de tiempo digital



Cables de nexo: palpadores/medidor (desmontables)



Barra de calibración para la puesta a cero



Baterías de alimentación recargables

Los pasos realizados en el laboratorio fueron: 1) Se midió el largo de la probeta tres veces para determinar la longitud (L) 2) Se prendió el aparato para verificar que la batería se encuentre cargada (luz roja indicadora). 3) Se armarron las partes correspondientes (enchufar los cables a los palpadores y conectar con el aparato) 4) Se calibró el aparato: utilizando una barra patrón, que posee impreso el tiempo que demora la onda en atravesarla (en este caso, era de 41,8µS), se engrasó las zonas de contacto entre los palpadores y la barra, para que en esa interfase se evite la presencia de aire y mejore el acoplamiento. Uno de los operadores ejerció una presión sobre la barra con los palpadores, mientras que el otro operador calibró el aparato; llevando el valor del display al indicado en la barra. El operador que sostuvo los palpadores, debió hacerlo durante todo el ensayo debido a que es el único que supo la presión ejercida cuando realizó la calibración. Cabe aclarar que los palpadores fueron utilizados en forma directa, tal como se muestra en la figura:

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5) Se preparó la superficie de la probeta 6) En este caso no fue necesario, pero cuando lo sea se deberá pulir la superficie de contacto con el palpador a fin de evitar rugosidades y ondulaciones. 7) Se engrasó la zona de contacto y se ejerció una presión con los palpadores (la misma usada en la calibración) 8) Se tomó la lectura en micro segundos 9) Se invirtió la posición de los palpadores sobre los mismos puntos (emisor en lugar del receptor y viceversa) 10) Se tomó la nueva lectura en micro segundos(llamada vuelta) 11) Se promediaron las mediciones en micro segundos y la distancia L ( en metros). 12) Utilizando la siguiente fórmula, se calculó la velocidad:

Dónde: V= Velocidad del pulso ultrasónico [m/s] L=Distancia entre palpadores o transductores (largo de la probeta) [m] T= Tiempo de traspaso [µS]

Tiempo [µS] Relación a/c

Longitud promedio [cm]

V [m/s]

Ida

Vuelta

0,6

78,3

78,8

29,87

3802,67

0,7

82,1

82,5

30,17

3665,86

0,5

79,9

80

30,2

3777,36

0,7

81,5

81,6

30,2

3703,25

Utilizando la fórmula anteriormente mencionada, se calculó la velocidad de cada uno de los ensayos realizados y para cada una de las relaciones agua/cemento con las que fueron hechos los pastones. Cabe aclarar que la distancia fue transformada a metros para la correcta obtención del cálculo final. Utilizando la siguiente tabla, se pudo determinar la calidad del hormigón:

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Todos los valores obtenidos, dieron una calidad buena de hormigón, debido a que sus valores de velocidad se encontraban entre 3500 a 4500 m/s. Cabe aclarar que el resultado posee la ac umulación de una serie de errores: -

Error en la medición del largo de la probeta

-

Error en la posición de los palpadores (deben estar paralelos, sobre la misma línea)

-

Error en la presión ejercida a la hora de llevar a cabo la medición

-

Otros errores (condición de la superficie, temperatura)

También hay ciertos factores que inciden en relación a la velocidad: -

Edad del hormigón

-

Cambios en la relación agua cemento

-

Condiciones de curado

-

Relación cemento/agregado y tipos de agregados

-

Módulo de elasticidad del hormigón

-

Otros factores (tipo de cemento, Tmáx del agregado grueso, uso de adivitos, etc).

Teniendo en cuenta los errores y los factores que afectan a la velocidad, se podrá concluir que el resultado obtenido fue favorable debido a que el hormigón tiene una calidad aceptable.

(NORMA IRAM 1694)

Para realizar se utilizó el Martillo de Schmidt, el cual se encuentra conformado de las siguientes partes:

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El Martillo de Schmidt se opera de la siguiente manera: Se presiona perpendicularmente el martillo apoyado en su vástago sobre la superficie del hormigón a examinar, hasta que el resorte y la masa son liberados por el seguro, produciendo el impacto de la masa sobre el vástago, la que rebota y arrastra al índice que en la escala graduada indica en número de rebotes. La escala graduada del aparato va del 20 al 50 y representa la relación entre la altura del rebote y la escala total del aparato. Este método consiste en medir la dureza del hormigón por un principio de rebote se obtiene si existen en el hormigón fuerzas cohesivas entre sus granos proporcionadas por la pasta de cemento, estas fuerzas cohesivas aumentan con la edad

Al llevar a cabo el ensayo en

, procedemos de la siguiente manera:

Se saca la probeta de la pileta de curado, luego procedemos identificarla con lápiz de aceite y dejarla secar a la temperatura de laboratorio. Si la edad de la probeta es más de 60 días tener en cuenta la carbonatación una vez seca la probeta. Se la encabeza con azufre. Se limpia y si es necesario se lija la superficie a ensayar, la zona del ensayo tiene que estar limpia, plana y sin revestimiento.

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Se marcan las 3 generatrices a 120°(grados) cada una, en un área de 180 cm 2 . Se procede a centrar la probeta en la prensa de manera que sea fácil tomar las lecturas, aplicando una carga igual al 15%de la carga de rotura a la probeta Se debe calibrar el aparato y se lo dejar en posición de trabajo para realizar el ensayo. Se procede a apoyar el esclerómetro perpendicularmente a la superficie de la probeta. Se presiona el seguro para que quede registrada la lectura y se anotan las lecturas obtenidas, si la lectura dio <6 se descarta la zona. Deben tomarse 3 lecturas en cada generatriz siguiendo una secuencia: superior, medio, inferior. Si el ensayo se realiza en una

, se procede de la siguiente manera:

Se deben ubicar las armaduras de la zona a ensayar, en la sección de hormigón que queda entre armaduras se traza un cuadrado de 10x10cm, donde dentro de este cuadrado se trazan mallas de 3cm de abertura, en cada vértice de esta se toma la lectura. Se realiza esta mismo procedimiento en todas las zonas a ensayar, con las lecturas obtenidas se procede a sacar un promedio de estas.

El ensayo con esclerómetro se usa para comparar hormigones realizados con los mismos materiales e igual dosificación, verificar uniformidad y determinar en forma aproximada el valor de resistencia a compresión. Las armaduras no afectan las lecturas siempre y cuando no se encuentren próximas a la superficie

El pachómetro es un aparato capaz de detectar elementos metálicos que se encuentran al interior de una mezcla de hormigón. Además de esto, es capaz de dar el diámetro de las barras de acero que ubica, la dirección de las barras, su recubrimiento, etc. Para llevar esto a cabo, el instrumento pasa a través de sí mismo una corriente eléctrica, la cual por medio de un electroimán se convierte en un campo magnético. La máquina luego registra cualquier disturbio que se produzca en el campo magnético, los cuales son producidos por las barras de acero ya mencionadas. Al usar este instrumento, su manejo dependerá de la finalidad que uno le esté dando. En el caso que uno necesite saber la posición de las barras, el localizador del instrumento se moverá de forma perpendicular a la que supuestamente se encuentras las barras y el eje del movimiento paralelo. El pachómetro utilizado en el ensayo fue un instrumento digital, existen también de otras clases, como pueden ser los analógicos. La forma como se hacen las lecturas para un pachómetro digital es la siguiente: Se debe insertar en pantalla un valor aproximado del diámetro de la barra de acero que se desea ubicar, hecho esto se ubica el pachometro en la superficie de hormigón y de lo desliza linealmente (que será paralela a las barras a detectar), un sonido de alta frecuencia será el que indique si existe una armadura con valores cercanos al diámetro insertado, cuando el sonido aumente en intensidad se debe a que en ese punto hay una varilla ubicada. El display indicará el valor real de la barra localizada, también se ven en pantalla el espesor del recubrimiento de hormigón que posee y el recubrimiento que debería tener. En el caso de haber fijado un pag. 10




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diámetro muy elevado con respecto al de la armadura, será difícil interpretar la respuesta del pachómetro, de este modo, si al realizar los procedimientos no se logra ubicar ninguna barra, se debe disminuir el valor del diámetro estimado y repetir lo anterior. Obtener la ubicación de las armaduras es necesario en el caso de querer obtener muestras de una obra de hormigón armado. Ya que, al retirar la muestra, se puede dañar alguna armadura de la estructura, también pueden quedar barras de acero dentro de la muestra a la que se le realizarán ensayos, como compresión, con lo cual afectaría al resultado de los mismos. Otra razón de conocer la ubicación de armaduras es que, para la realización otro tipo de ensayos se requiere justamente esta determinación (de donde se encuentra el armado de hierro). Como por ejemplo el de ultrasonido, que es preciso que los transductores estén ubicados de manera tal que el recorrido de las ondas no sea interferido por nada metálico. En el ensayo realizado por la cátedra no se realizó ninguna medición significativa, simplemente se demostró su modo de empleo y se lo ejemplifico realizando el ensayo en diferentes superficies.

Conclusiones A partir del análisis de los datos que se pueden obtener en este tipo de ensayos, podemos concluir diciendo que es posible apreciar las caracteristicas reales del hormigón realizado en obra, principalmente en lo que respecta a la calidad del mismo. Con ello, podremos prever la comportamiento de nuestra estructura con el paso del tiempo y responder debidamente ante las situaciones que se presenten. Durante la realización del práctico, se trabajó con actitud participativa llegando a cumplir con los obejtivos propuesto para el mismo, adquiriendo el conocimiento y la práctica en la ejecución de los ensayos no destructivos.

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