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CAPITULO 3

Método de emisión acústica

3.1 Introducción al proceso de emisión acústica Los primeros estudios básicos sobre los fenómenos de emisión acústica se atribuyen a Estados Unidos (1948), y a Káiser, en Alemania (1950). Káiser fue el primero quien utilizó una instrumentación electrónica para registrar los sonidos audibles producidos por los metales durante su deformación. En todos ellos detectó una emisión acústica (entre ellos el cinc, los aceros, el aluminio, el cobre y el plomo). Los trabajos de Káiser despertaron gran interés en los Estados Unidos, por lo que Schofield (1958) y Tatro (1959) mejoraron la instrumentación. A partir de 1964 se han realizado muchos investigaciones sobre todos clases de materiales mediante le técnica de Emisión Acústica (EA). Muchos trabajos tratan del estudio de la mecánica de las fracturas en material con y sin grietas. Se han comprobado que cuando se somete a esfuerzos una probeta con grietas, la deformación plástica que da lugar a una EA se inicia precisamente en los extremos de la grieta y en puntos de la concentración de grietas. También se ha aplicado el método para investigar el crecimiento de las grietas, tal como ocurre durante un proceso de fragilidad por hidrógeno, de agrietamiento por corrosión bajo tensiones o de fatiga a bajos ciclos. La Emisión Acústica es la clase de fenómeno que genera ondas elásticas transitorias por la liberación rápida de energía a partir de fuentes localizadas, o las ondas transitorias generadas de este modo. Las fuentes clásicas de EA son los procesos de deformación relacionados con defectos tales como la generación y propagación de fisuras, deformaciones del material, desprendimientos del agregado de la matriz, contracciones o dilataciones por fraguado o variaciones de temperatura, etc. El origen de la EA es el campo de tensiones creado dentro de material. De manera que, de no existir variaciones en el campo de tensiones no se produce la EA. Cuando una pieza de un sólido tal como hormigón se somete a un proceso de carga hasta rotura, ocurren en su interior una serie de dislocaciones de micro estructura que puede detectarse acústicamente. Estas dislocaciones van acompañadas de una liberación de energía potencial que, en parte, se transforma en calor, quedando una pequeña fracción que, al radiarse en forma de energía vibratoria, puede ser recogida en la superficie del sólido. Las microestructuras (a escala molecular) tienen como consecuencia la aparición de grietas, fisuras o discontinuidades en la masa de sólido. De este modo un sólido que inicialmente se muestra como buen conductor de energía sonora va aumentando su impedancia acústica por efecto de la deterioración del material. Todos los materiales producen EA durante la creación y propagación de fisuras y durante la deformación. Las ondas elásticas se mueven a través del sólido hacia la superficie, donde son detectadas por sensores (fig.3.1). Estos sensores son transductores que convierten las ondas

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mecánicas en ondas eléctricas. De este modo se obtiene la información acerca de la existencia y ubicación de posibles fuentes. Esto es similar a la sismología, donde las ondas sísmicas alcanzan las estaciones situadas en la superficie de la tierra. Luego del procesamiento de las señales, se obtiene la ubicación de los centros sísmicos. La EA presenta frente a otras técnicas, la ventaja que la información sobre la existencia de un posible defecto se recoge en tiempo real. La técnica de EA se basa en la detección de las ondas elásticas producidas por la aparición o crecimiento de un defecto en un material y conversión de ondas elásticas a señales eléctricas. Los sensores son conectados a la estructura. La salida de cada sensor piezoeléctrico es amplificada por un preamplificador de ruido bajo, filtrado para quitar cualquier ruido extraño. La instrumentación de la EA debe proporcionar alguna medida de la cantidad total de la emisión descubierta para la correlación con tiempo y/o carga.

Figura 3.1- Proceso de emisión acústico (QSL) En contraste con la mayoría de los métodos no destructivos las ventajas de EA son:

- Los defectos hacen su propia señal (responden a carga, por eso permiten un descubrimiento rápido y temprano de defectos) - La EA detecta los movimientos (otros métodos no destructivos detectan las discontinuidades geométricas) - Detección de crecimiento/movimiento de los defectos (sensibilidad alta) - Monitorización global - Tiempo real de monitorización - Detección de disposición de posibles defectos - No es necesario limpiar la superficie

Las desventajas del método son: - Ruido exterior - Interpretación de los resultados El método de EA puede aplicarse en siguientes casos: - Estudios en laboratorio (ensayos no destructivos) - Inspección de estructuras - Estudios de evaluación de estructura - Pruebas de carga - Estudios de corrosión


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- Pruebas de materiales avanzadas (compuestos, cerámica) - Control de calidad de producción - Detección de fallos incipientes por fatiga en componentes estructurales de aeronaves - Control de agrietamiento de las soldaduras durante el proceso de enfriamiento. - Estudios del comportamiento de los materiales a altas temperaturas

3.2 Concepto de propagación de ondas acústicas

En un material la deformación lleva a la liberación de la energía elástica absorbida dentro del mismo. Las ondas mecánicas están producidas irradiando de una fuente de defecto y son descubiertas por los sensores que están localizados en la superficie de un material. La amplitud (la energía) del impulso de tensión generado en una fuente de defecto puede variar según la naturaleza del defecto y de dinámica del proceso. En superficies planas, la onda se distribuye como círculos concéntricos alrededor de fuente y puede ser descubierta por uno o varios sensores. Durante la propagación, la onda es atenuada. La distancia máxima, donde un evento EA todavía puede ser descubierto depende de varios parámetros, como las propiedades de materiales, la geometría de objeto de prueba, su contenido y ambiente, etc. En superficies metálicas planas o cilíndricas, los eventos pueden ser captados a una distancia de varios metros, que es una de las grandes ventajas de esta técnica. Las pruebas de EA pueden captar unas áreas de fuentes que no son accesibles por otros métodos.

3.2.1 Tipos y velocidad de ondas acústicas Existen tres tipos de ondas de presión que aparecen en un medio sólido y elástico: las ondas longitudinales o de compresión (ondas P), las ondas transversales o de cortante (ondas S) y las ondas de superficie (ondas Rayleigh). Las ondas P y S se caracterizan por la dirección del moviendo de las partículas del medio, siendo en las P, paralela a la dirección de propagación y en las S, perpendicular. Las ondas P se asocian a tensiones normales y las S a tensiones tangenciales. Las ondas P pueden propagarse en todo tipo de medios, mientras que las S sólo en medios con rigidez a cortante, esto es en medios sólidos. Una onda Rayleigh se propaga a lo largo de la superficie de un sólido y el movimiento de las partículas es elíptico retrógrado. Los frentes de onda de cada uno de los tipos descritos son diferentes y, a la vez, dependen de la fuente utilizada para generar el impulso. La velocidad de propagación también es diferente, siendo las ondas P, las más rápidas, y las Rayleigh las más lentas. La velocidad particular de cada onda depende de las propiedades elásticas y de la densidad del medio. La velocidad de propagación de las ondas P en medios sólidos infinitos y elásticos se calcula a partir de la siguiente expresión (Graff, 1991):

)21)(1(

)1(

υυρυ−+

−= EVp

donde: VP- es la velocidad de propagación; E- es el módulo de elasticidad (longitudinal); υ- es el coeficiente de Poisson; ρ- es la densidad.


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En medios finitos, como placas o barras, la velocidad de propagación de las ondas longitudinales varia en función de la geometría, en concreto, depende de la relación que existe entre las dimensiones transversales de la pieza y la longitud de onda de la perturbación propagada. Sin embargo, en piezas donde el diámetro o la dimensión transversal menor es mucho más pequeña que la longitud de onda de la onda propagada, la velocidad de la onda es independiente del coeficiente de Poisson, de ahí que la expresión que se deba utilizar sea (Graff, 1991):

ρE

Vp =

donde: VP- es la velocidad de propagación de la onda longitudinal; E- es el módulo de elasticidad (longitudinal); ρ- es la densidad. Por lo tanto, la utilización de una u otra ecuación para el cálculo de la velocidad de propagación de una onda longitudinal, dependerá del tamaño relativo entre longitud de onda y dimensiones de la probeta. Igualmente, hay que recordar que estas ecuaciones se utilizan para medios isótropos. Un método más real, y a la vez, más complejo de calcular la velocidad de propagación sería utilizando las ecuaciones de Christoffel (Bucur, 1984). La velocidad de propagación de las ondas S o transversales, VS, en medios sólidos elásticos se expresa mediante la siguiente ecuación:

ρG

Vs =

donde: VS- es la velocidad de propagación de la onda transversal; G- es el módulo de elasticidad (transversal); ρ- es la densidad. Por otro lado, la velocidad de propagación de las ondas R o Rayleigh, VR, se calcula de forma aproximada mediante la siguiente ecuación:

sR VVυ

υ++=

1

12,187,0

donde: VR- es la velocidad de propagación de la onda Rayleigh; υ- es el coeficiente de Poisson; VS- es la velocidad de propagación de la onda transversal. Para un coeficiente de Poisson de 0,2, la velocidad de la onda Rayleigh es el 92 % de la velocidad de la onda transversal, S, o el 56 % de la velocidad de la onda longitudinal, P. La capacidad o sensibilidad de los métodos acústicos para detectar singularidades en el material depende de la onda propagada, de la longitud de onda y de las dimensiones de las singularidades. En general, el tamaño del defecto debe ser igual o superior a la longitud de onda para ser detectado. La relación entre velocidad de onda, V, la frecuencia, f, y la longitud de onda, λ, es:

λfV =


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3.3 Señales en emisión acústica Normalmente las señales en EA pueden clasificarse por: 1) “Señal transitoria” (bursts)

Estas señales tienen puntos definidos claramente de principio y final del ruido que provoca un defecto (fig. 3.2). Son características de aparición y crecimiento de fisuras de un material.

tiempo (µs) Figura 3.2- Señal transitoria (Vallen 2002)

2) “Señal continua”

Son ondas continuas que tienen amplitudes variadas y frecuencias, pero nunca se terminan. La fig. 3.3 representa un modelo de señal continuo típico. Estas señales están caracterizadas de movimientos o dislocaciones.

tiempo (µs) Figura 3.3- Señal continua (Vallen 2002)

3.3.1 Parámetros de señal acústica

Los datos sobre la forma de onda, pueden ser usados para sacar la información sobre la fuente, tal como, su actividad e intensidad. Una señal típica es represente en la fig. 3.4


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Figura 3.4- Parámetros de señal acústica (Burman, 1999) Los parámetros de una señal acústica son: 1. Tiempo de llegada (arraival time): es un tiempo absoluto en el cual aparece la primera señal de descubrimiento de un defecto y que puede ser captado por los sensores establecidos. 2. Amplitud máxima (peak amplitude): es una amplitud máxima dentro de la duración de la señal, es decir, el voltaje más alto a cualquier punto en la forma de onda del tiempo de voltaje. Existe amplia variedad de amplitudes de señal encontradas en la práctica, es conveniente describirlos en escala de un decibelio (dB) . La amplitud de una señal en dB es:

ref

p

AEV

VdBA log20)( = ,

donde: Vp - voltaje máximo en la salida del elemento transformador Vref- voltaje de referencia 3. Tiempo de subida (rise time): es el intervalo de tiempo entre el momento de aparición de señal y la amplitud máxima de señal. A menudo, este parámetro es utiliza para problemas que dependen del tiempo, como vibración y dinámica.


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4. Duración de señal (signal duration): es un intervalo entre el primer y el último impulso de la señal. Es en particular útil para la filtración del ruido y otras clases de la calificación de señal. 5. Cuentas (golpes)/eventos (counts/events) .La forma de onda mostrada en la fig. 3.5 se llama un golpe ya que es el resultado de señales acústicas que golpean un sensor. Las cuentas son uno de los datos más viejos y más simples de sumar de actividad. El inconveniente es que las cuentas dependen de la resonancia del elemento transformador. 6. Cuentas por segundo, eventos por segundo. 7. “MARSE” (Measured Area of the Rectified Signal Envelope) – es una área de desarrollo de señal. La energía de las señales de salida del sensor puede estar relacionada con la energía acústica. La energía de la señal de salida del sensor es directamente proporcional al área contenida por la forma de onda y se refiere como la fuerza de señal. Existen varios aspectos que influyen en la señal. La atenuación, definida como la pérdida de amplitud de señal y la geometría del material pueden considerarse como las influencias principales (Arrington 1987). La velocidad de onda, la geometría y las propiedades materiales son todos los factores que varían la cantidad de la actividad acústica generada. (Sarfarazi 1992). 3.3.2 Características significativas de señal de EA.

- Efecto Káiser

Este efecto fue investigado por Wilhelm Káiser en 1950. El observó que la emisión acústica era irreversible, es decir no se produce cuando se vuelve a cargar un material, hasta que el nivel de solicitación no excede el nivel máximo alcanzado en el ensayo anterior. Este fenómeno irreversible se conoce como “efecto Kaiser”. En aplicación de una carga inicial, existe una emisión acústica. Después de la estabilidad de la estructura, la emisión adicional no ocurre hasta que el nivel de tensión inicial sea superado. En la fig. 3.5 esta mostrado el efecto de Káiser durante pruebas de carga. Figura 3.5 - Efecto Káiser


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El efecto Káiser puede ser una desventaja para pruebas de emisión acústicas en comparación con otros métodos, porque cada señal acústica sólo puede aparecer una vez. Así que, puede ser necesario hacer pruebas de EA en tiempos definidos, bien planificados y ejecutados.

-“Felicity effect”

Este efecto se define como el aspecto de la emisión acústica significativa a un nivel de carga por debajo de la carga máxima anterior que se observe en el efecto Káiser. En la fig. 3.6 podemos ver que a niveles más altos de la tensión el material esta débil y por eso aparecen las ondas acústicas antes de que la carga máxima anterior es alcanzada (camino 4 a 5 a 6).

Figura 3.6- “Felicity effect” y efecto Kaiser (Grandt, 2004)


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3.4 Equipo para EA monitorización

En el proceso de monitorización se utilizan diferentes tipos de instrumentos, como sensores, “couplants”, amplificador, filtro de frecuencia, ordenador y software (fig.3.7)

Figura 3.7 – Proceso de EA y equipo utilizado (Vallen, 2002) - “Couplant”

El agente de enganche es importante para la calidad, y debe asegurar un contacto acústico bueno entre sensor y superficie de prueba. Es necesario elegir en agente de enganche que no corroa la superficie del objeto de prueba. En general, se usan grasa de silicona (grasa de vacío alta), petróleo, o pegamento. - Sensores

Los sensores son utilizados para detectar las ondas mecánicas, que se generan en la estructura y las convierte en señales eléctricas (fig. 3.8).

Figura 3.8 – Sensores de EA

Ondas de EA

Couplant

Sensor de EA

Preamplificador

Filtro de frecuencia Convertidor A/D

Búfer de datos

Análisis -Software

Presentación de datos

CPU

Extracción de características

Registrador de eventos

Software

Almacenamiento de datos

Ordenador personal

Canal de EA (1 hasta N)


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Los transductores de sensores usados para la medida de emisión acústica son sensibles a los movimientos de superficie en que se encuentran ubicados. Normalmente, los transductores de EA son sensibles a frecuencias por encima de 100 kHz. Transductores resonantes son más sensibles a una variedad de frecuencia, que debe ser seleccionada según la aplicación. Los transductores resonantes en 150 kHz a 300 kHz son unos de los más usados en aplicaciones EA.

Los dispositivos piezoeléctricos ofrecen la mayor sensibilidad y por ello son el tipo que más se usa como transductor. - Amplificador de EA

El amplificador puede estar en un dispositivo separado o estar integrado en el sensor (fig. 3.9). Tener frecuencia entre 3-2000 kHz. Sus características más importantes son: - Bajo el ruido de entrada para distinguir señales de ruido electrónico - Variedad dinámica grande para tratar amplitudes altas - Variedad grande de temperatura de operaciones para aplicación - Filtro de frecuencia opcional Figura 3.9- Amplificadores de EA - Filtro de Frecuencia

El filtro de frecuencia es usado para eliminar variedades de frecuencia no deseadas (fuentes del ruido). - Convertidor A/D

El convertidor A/D es usado para digitalizar la señal de EA que ha pasado el filtro de frecuencia. - Ordenador personal y Software

Los sistemas de EA modernos usan ordenadores que proporcionan una entrada de parámetro controlada por menú y control de sistema (fig. 3.10) .

Figura 3.10- Ordenador y Software


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Las tareas del ordenador personal son: - Recibir y guardar los datos - Análisis de datos - Filtración lógica - Cálculo de resultado - Estadística - Representación de los resultados (gráficamente y numéricamente) - Control de hardware de sistema - Prueba de enganche de sensor, grabación de la respuesta de frecuencia de sensor.

3.5. Análisis de señales de EA Existen varias técnicas de análisis de las señales de EA. Las señales pueden ser recogidas y analizadas en una base paramétrica o en base de forma de onda. Los datos paramétricos son los eventos, cuentas, amplitud, duración, etc. con el objetivo de caracterización de la fuente. El análisis de forma de onda detallado es recomendado.

3.5.1 Análisis paramétrico Esta clase de análisis puede ser clasificada como cualitativa y cuantitativa. Las tendencias generales de los datos registrados en el tiempo real pueden ser observadas en formas gráficas. La observación de las tendencias de gráfico de golpe acumulativo y distribución de amplitud puede dar una cantidad verdadera de la información sobre cambios que ocurren en la estructura. Algunos ejemplos de distribución típicos que son un resultado del análisis cualitativo están mostrados en fig. 3.11. Figura 3.11- Diagrama acumulativo del número total de eventos en tiempo. Diagrama de historia de carga vs. golpes acumulativos (Vallen ,2002)


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La fig.3.12 presenta la historia de distribuciones de amplitud. La historia acumulativa muestra cuantos golpes han alcanzado o han excedido la amplitud especificada en el eje horizontal.

Figura 3.12 – Diagramas de distribuciones de amplitud (Vallen, 2002) Los diagramas de formas de onda con respecto al tiempo y a la frecuencia han sido indicados en la fig 3.13.

Figura 3.13 - Diagramas de forma de onda La determinación de la posición del defecto de cado uno de los eventos es fundamental para las pruebas de la EA. La distancia entre defecto y sensores es igual a tiempo de llegada multiplicado por velocidad de la señal. La onda de EA se distribuye en círculos concéntricos de su fuente (defecto) y llega a cado de los sensores en tiempo distinto. La diferencia del tiempo es proporcional a la distancia entre el sensor y el defecto. En este ejemplo la onda primero alcanza el sensor 1, luego al 4, 2 y, finalmente, al sensor 3 (fig. 3.14)


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Figura 3.14 - El principio de localización. Señal de sensor (Vallen, 2002) La fig. 3.15 muestra tres hipérbolas, donde cada una representa los cálculos de la posición de defecto para cado de tres sensores. El punto de intersección de hipérbolas es la posición del defecto. Los diagramas de hipérbola se usan para comprobar los resultados de cálculos de posición de defecto. Figura 3.15 - Hipérbola intersección de 3 sensores Los resultados de un cálculo de posición de defecto también pueden mostrarse utilizando el diagrama de puntos sin hipérbolas, que incluye las posiciones de sensores, como en la fig. 3.16 Figura 3.16 – Diagrama de puntos (calculo de posición de defecto)


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3.5.2 Análisis de Intensidad

Esto es una técnica de análisis que ayuda a evaluar los resultados y el significado estructural del evento EA registrado. El parámetro que esta considerado aquí es la intensidad de la señal, que es un parámetro que incluye componentes como duración y amplitud de una señal. Este análisis es estadístico para clasificación del daño. El procedimiento de análisis consiste en: -Determinar dos índices; el índice “Histórico”, definido como medición de cambio de fuerza de señal; y el índice Grado (Severity), definida como la fuerza de señal media entre los valores numéricos más grandes de la señal. Los índices están calculado por formulas de Blessing (1992).

)()(

1

1

∑

∑

=

+=

−=

N

i

ai

N

Ki

ai

S

S

KN

NIH

)(1

1

∑=

=J

m

omr SJ

S

donde: H (I)- “historial” índice; N- numero de eventos en el tiempo t; Soi- intensidad de señal en evento i K- coeficiente empírico, que depende de tipo de material S - índice de Grado J- coeficiente empírico, que depende de tipo de material Som – fuerza de señal de “m” cuenta

-Cada uno de esos índices están evaluado con el tiempo, y el valor máximo de cada índice está indicando en un diagrama de intensidad que está dividido en zonas de daño (fig. 3.17)

Figura 3.17 – Diagrama de intensidad (CARP)


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3.6. Aplicación del método de emisión acústica El método de la EA puede ser aplicado para determinar distintas tipos de defectos en estructuras de hormigón armado y pretensado. La técnica puede aplicarse tanto para estudios como ensayos en laboratorio, tanto a inspección o monitorización de estructuras “in situ”. A continuación se presenta diferentes ejemplos de la aplicación del método de EA a los estudios de estructuras de hormigón.

3. 6.1 Método de EA en ensayo de hormigón

La técnica de EA puede estar utilizada para la identificación de las señales generadas durante el proceso de carga de construcciones de hormigón. - Ensayo a compresión de las probetas de hormigón (Sabio, 2000) En los ensayos se han utilizado probetas cilíndricas, de 15 cm. de diámetro y 30 cm. de altura con un equipo de EA, con dos sensores de diferentes características, uno de banda ancha y otro resonante en 150 kHz. (fig. 3.18) Sobre la probeta se ubica el sensor en el tercio medio de la altura. El equipo fue capturando y analizando las señales para caracterizar la fisuración interna y predecir la rotura, teniendo en cuenta los principios de la mecánica de fractura del hormigón. Para esto, las señales de EA se digitalizaron y se obtuvieron las gráficas de carga, deformación y RMS (valor cuadrático medio de la señal) en función del tiempo. El registro se realizó en el tiempo real y el análisis de los gráficos permitió correlacionar los parámetros mencionados con la generación y propagación de defectos. Figura 3.18 – Ensayo de probeta de hormigón Con los valores del RMS obtenidos se detectó el inicio de la propagación de los defectos y se identificó la fractura del material, en coincidencia con el valor de carga de rotura registrado por el medidor de carga. Analizando todos los datos obtenidos se concluyó que: - El registro acústico de la propagación de fisuras comienza aproximadamente para cargas entre el 20 y el 30 % de la carga de rotura, observándose una emisión de baja intensidad.


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- Para cargas de aproximadamente un 70 a 80 % de la carga de rotura se produce un incremento de la intensidad de emisión acústica indicando la coalescencia de fisuras de interfase con fisuras de matriz. - Ensayo a flexotracción con carga central de vigas de hormigón armado (Maji y Sahu , 1994) Las vigas utilizadas para el ensayo eran del tamaño 183 x10.2x 10.2, con la luz de 170.2 cm y de hormigón de 27,6 Mpa, con el refuerzo de las barras Ø 12. Seis vigas fueron sometidas a este ensayo con el transductor en el centro de la luz en la cara inferior de la viga (fig.3.19). Figura 3.19 – Ensayo a flexotracción Las señales de emisión acústica (eventos) del transductor del fondo de la viga muestran que la micro fisuración en el hormigón armado comienza casi tan pronto como se aplico la carga (el fig 3.20. El número de eventos alcanza su punto máximo en aproximadamente el 80-90 % de la capacidad de carga que puede resistir la viga. La mayor parte de las señales tenían eventos de frecuencia entre 100-600 kH. Figura 3.20 – Eventos vs. nivel de carga - Ensayo a flexotracción de vigas con carga a tercios (Titin, 2001) Las vigas de 240x25x15 cm con refuerzo de barras 5Ø16 fueron utilizadas para el ensayo de flexotracción con la aplicación de carga a tercios (fig.3.21). El estudio se realizó para comprobar la existencia de señales de EA frente a las fisuras que aparecieron durante la prueba de carga. Para el ensayo se usó la máquina electro-hidráulica MTS con el nivel de carga de 1kN/mm. Siete


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sensores de AE de 150 kH, fueron colocados en la superficie de la viga. Durante el ensayo de nivel de carga estática y parámetros de señales de EA se obtuvieron los siguientes resultados.

Figura 3.21 – Ensayo de flexotracción de viga Los resultados obtenidos se presentan en la fig.3.25 La historia de carga podría estar dividida en 3 etapas: 1) carga de 0-30 kN, 2) 30-110 kN, 3) más de 110 kN. En la primera etapa, la fisuración fue esperada debido a las micro y macro fisuras del hormigón. Ya que la carga aplicada fue aumentada, a un cierto nivel, la tensión fue transferida al refuerzo (segunda etapa). En esta etapa, el refuerzo de acero fue trabajado en estado elástico y las fisuras fueron continuamente propagadas en el hormigón. En la carga más alta, la barra de acero no podía resistir la carga aplicada, las fisuras en la viga crecieron rápido (la tercera etapa). Los resultados de EA durante la carga estática están presentados en la fig. 3.22. Este trabajo experimental mostró que el método de EA era una técnica de monitorización que puede ser aplicada para descubrir la propagación de fisuras en las estructuras de hormigón armado.


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Figura 3.22 – Resultados de ensayo

- Ensayo a flexotracción de viga de hormigón pretensado ( Golaski y Ono, 2002) Los ensayos de vigas de hormigón pretensado con una longitud de 12 y 18 m (del tamaño real) se realizaron, con aplicación de dos tipos de carga estática y dinámica (fig.3.23) Figura 3.23 – Viga pretensada y posición de sensores Durante la carga los parámetros de señales de EA fueron analizados y comparados con otros parámetros, como: aparición de fisuras, deformación y tensión, para obtener los resultados y parámetros de procesos de fracaso que ocurren en las vigas estudiadas. Como se habia previsto, los parámetros de señales de EA dependen de la carga aplicada. La cantidad de golpes, los valores de amplitud, energía y tiempo de llegada aumentaron a medida que la carga se aumentó. Sin embargo, debido a la escala grande del elemento, era imposible clasificar cada señal obtenida con la fisura particular ocurrida. Debido a esta dificultad, se utilizo un método diferente de análisis. Cada una de las vigas pretensadas estuvieron divididas en 10 áreas de medición (10 sensores fueron usados). El estado de la estructura junto con la intensidad de EA fue analizada para cada área. Las vigas fueron cargadas en 2 puntos (ensayo de flexotraccion con carga al tercio). Cada área de medición fue inspeccionada tanto por EA como visualmente. Para evaluar la capacidad de carga que puede resistir la viga y el nivel del defecto se realizó un análisis cuantitativo (análisis de intensidad). Para determinar el diagrama se calcula el índice histórico máximo H (I) e índice de severidad S.


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Como podemos ver en los gráficos (fig. 3.24), en las etapas tempranas de la carga, las señales registradas por todos los sensores son clasificadas como A (hasta el 40 % de la carga de máxima), lo que significa ningún defecto serio dentro de las zonas analizadas. Para esta carga, ninguna fisura fue observada. El análisis muestra que cuando la carga llega hasta el 60 % de la carga, que puede resistir la viga, los valores de intensidad se sitúan en área B, lo que significa que una pequeña fisuración ocurrió y varias fisuras fueron observadas. El último gráfico muestra la intensidad al fallo de estructura, que ocurrió en la zona de compresión, donde no existía ningún refuerzo. Sin embargo, en las superficies laterales, una fisura extensa podría ser observada. Ninguna fractura de los alambres fue observada.

Figura 3.24 – Intensidad para distintos niveles de carga, de 25% (izquierda arriba), de 40% (derecha arriba), de 60% (abajo izquierda), de fallo de estructura (abajo derecha) - Ensayo de compresión de pilares de hormigón armado (Weiler y Mayer, 1997) Los pilares son de 2,5 m de la longitud, con sección de 0,3x 0,3 m, de hormigón HA25 y armadura pasiva de 8 barras Ø12 y con estribos de 8/25, fueron utilizados para el ensayo de compresión. Dos transductores de EA fueron colocados en dos lados del centro del pilar, a 7 cm de los bordes. El ensayo fue realizado por la maquina AMSLER. La carga de rotura era 511 kN. La primera fisura visible apareció en el centro del pilar. Sin embargo, la calidad de datos era bastante pobre. Las dimensiones del pilar eran bastante grandes, y el equipo de EA no obtuvo las mediciones correctas para estas condiciones de ensayo. Otro aspecto negativo era el ruido producido por la máquina de pruebas. En total, 242 señales fueron registradas. Un cuarto de ellas era ruido o vibraciones de máquina. Al final, 60 señales podrían ser determinadas como señales de EA. Las posiciones de los resultados presentan una concentración en el centro del pilar


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(fig.3.25). Esto corresponde a la primera fisura visible en esta área. Aunque las fisuras posteriores aparecieron en otras partes de pilar, ninguna señal de EA de estas áreas fue detectada. Analizando todos resultados se concluyó que es importante elegir el equipo correcto e instalar los sensores en posiciones adecuadas, que permiten recibir la información necesaria.

Figura 3.25 - Posición de eventos registrados en pilar

6.2 Método de EA para detección de corrosión (Cole y Watson ,2005)

La técnica de EA puede ser utilizada para detectar la corrosión de barras de acero en hormigón. En la fig. 3.26 podemos ver los resultados, que da la técnica de EA durante la observación del proceso de corrosión en una barra nueva.


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Figura 3.26- Inicio de la propagación de corrosión, eventos de señal de AE. Derritorio de barra. Las señales de EA aparecen cuando la capa pasiva de barra está destruida, es decir empieza el proceso de corrosión. En este caso el grado de corrosión es proporcional a la magnitud de las señales acústicas En la fig. 3.27 podemos ver como la energía de emisión acústica varía con respecto a la intensidad del proceso de corrosión, representada por la densidad de corriente. Figura 3.27- Densidad de corrosión corriente vs. de energía de señales.


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6.3 Método de EA en los ensayos de propagación de fisuras por corrosión bajo tensión (Lapitz ,2005) La técnica de EA puede ser utilizada para la identificación de las señales generadas durante la propagación de fisuras por corrosión bajo tensión (íntergranular y transgranular). Los ensayos de corrosión bajo tensión (CBT) se efectuaron utilizando la técnica de tracción lenta a velocidad de deformación y potencial constante. Mediante la selección de un umbral de trabajo adecuado es posible separar las señales de EA generadas por la propagación de fisuras por CBT de aquellas provenientes de otros procesos que pueden ocurrir sobre la superficie del material, tales como corrosión generalizada, disolución del metal, desarrollo de picaduras y evolución de burbujas. La actividad de EA registrada durante la propagación de fisuras por CBTTG (transgranular) es más de un orden de magnitud más alta que la actividad de EA registrada durante la propagación de fisuras por CBTIG (intergranular). Sin embargo, además de la iniciación y propagación de fisuras, hay otros procesos (Fig. 3.28) que pueden ocurrir simultáneamente sobre la superficie del material y que actúan como fuentes de señales de EA con características específicas Figura 3.28 - Esquema de las fuentes de emisión acústica durante los procesos de corrosión, corrosión bajo tensión y corrosión fatiga. En los ensayos se utilizaron probetas de latón- α de tracción planas (fig.3.29). Estas se obtuvieron a partir de un fleje, mecanizado la zona central y dejando los extremos más anchos, para poder acomodar el transductor de EA. Para obtener la formación y propagación de una única fisura, se mecaniza una entalla triangular en la zona central de las probetas con un ángulo de 45° y profundidad de 1,5 mm. Figura 3.29 - Esquema de la probeta utilizada de α-latуn. Dimensiones en mm.


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Los ensayos de corrosión bajo tensión fueron realizadas mediante la técnica de tracción a velocidad lenta de deformación. Se utiliza una máquina con velocidad constante de desplazamiento del cabezal. La velocidad de deformación inicial fue de 10-6 s-1. Antes de iniciar la tracción, se aguardaba durante 15 minutos la estabilización del potencial de corrosión. Luego se aplicaba el potencial elegido y se aguardaba que la densidad de corriente alcanzara un valor estacionario. Finalmente, las muestras eran traccionadas hasta la rotura, registrando simultáneamente la carga desarrollada. El equipo empleado para medir y analizar las señales de EA consiste en un equipo de adquisición de dos canales, sensores, amplificadores y un sistema de almacenamiento de datos. Los parámetros de las señales de EA medidos en función del tiempo fueron el número de eventos acumulados y la amplitud. Se utilizaron dos sensores o transductores de banda ancha, en conjunto con los correspondientes amplificadores. La amplificación total de la señal de emisión acústica obtenida fue de 40 dB. Durante los ensayos de corrosión bajo tensión, se colocó un sensor sobre la parte superior de la probeta acoplado con grasa de vacío. El segundo sensor se colocó sobre la mordaza (Fig.3.30). Este último funcionó como puntero de los eventos que llegan a los dos sensores al mismo tiempo. Se adquirieron señales de EA durante todo el ensayo. Figura 3.30 -Esquema de ubicación de los sensores de emisión acústica sobre las mordazas En la fig.3.31a se aprecia un gráfico representativo de los resultados obtenidos. En esos ensayos, la superficie de fractura de las muestras presentó las características típicas de la corrosión bajo tensión transgranular (CBTTG). En el gráfico se ha representado la carga desarrollada por la probeta durante la tracción y la velocidad de eventos de EA generados durante los ensayos (número de eventos generados cada 10 segundos). La fig. 3.31b muestra un histograma de la distribución de la amplitud.

0

100

200

300

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

Carga

Car

ga

[MP

a]

Vel

oci

dad

de

even

tos

[nє

de

even

tos

/ 1

0 s

egu

nd

os]

Velocidad de eventos

Tiempo [seg]


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Figura 3.31 – a) Carga desarrollada y velocidad de eventos de emisión acústica, b) Distribución de amplitudes obtenida en ensayos estáticos. Analizando todos datos se llegó a las siguientes conclusiones: 1. Es posible separar las señales de EA generadas por la propagación de fisuras por corrosión bajo tensión de aquellas provenientes de otros procesos que pueden ocurrir sobre la superficie del material, tales como corrosión generalizada, disolución del metal, desarrollo de picaduras y evolución de burbujas. 2. El análisis estadístico del parámetro amplitud permitió establecer que las señales de EA generadas por la exposición del material a diferentes medios corrosivos en condiciones estáticas podrían pertenecer a la misma población. 3. La actividad de EA registrada durante la propagación de fisuras por CBTTG es más de un orden de magnitud más alta que la actividad de EA registrada durante la propagación de fisuras por CBTIG.

6.4 Método de EA en inspección de tendones La técnica de emisión acústica puede ser utilizada en la inspección de tendones de pretensado para la determinación de posición de roturas en el cable. El descubrimiento y la posición dependen de factores como construcción de tendón, diámetro, longitud y número de rupturas de cable. La EA puede ser un instrumento útil en los ensayos en laboratorio, pero la aplicación de la técnica a tendones en servicio será más difícil. Uno de los primeros estudios en la aplicación de la tecnología de EA para tendones fue realizado por Laura (1969, 1970). Su trabajo mostró que las rupturas de cables descubiertas antes del fallo de tendón eran 15-20 dB encima del ruido de fondo. Otras investigaciones fueron realizadas por Harris (1972) - pruebas de emisión en los cables de puentes atirantados, y trabajo de Harris y Dunegan (1974)- ensayos de fatiga de cables. Algunas conclusiones obtenidas por Harris y Dunegan son: - Las técnicas de EA pueden ser usadas para medir el número de cables que se rompen durante una carga dada del cable. - Los cables con defectos pueden ser fácilmente distinguidos usando el método de EA.

6.5 Método de EA para inspección de puentes La técnica de EA puede utilizarse en los procesos de inspección y monitorización de puentes. A continuación se presentan unos ejemplos de aplicación del método para la monitorización de puentes.

- Inspección de puente Vicemilice ( Korenska y Stryk ,2008).

El estudio del estado del puente fue realizado en el puente № 50-017 en Chequia, que fue construido en 1939. Es un puente de tramo recto, de 11.15 m de longitud, de 9.3 m de la anchura (fig.3.32). La estructura reforzada del puente consiste de seis vigas longitudinales de sección transversal de 0.35x0.85 m. La capacidad de carga normal del puente es de 16 toneladas.


55

Figura 3.32- Vista del puente Los puntos de medida fueron situados en el centro de luz de cada viga longitudinal. Como medio de aplicación de carga se utilizó un vehículo de 18 toneladas. Las señales acústicas se midieron en cada viga separadamente. Dos sensores se colocaron en cada viga, simétricamente con respecto al centro luz. La distancia entre sensores en el sentido longitudinal es de 1 m (fig. 3.33). Figura 3.33- Posición de sensores En los diagramas de la fig. 3.34 podemos ver los resultados obtenidos por el sistema de la primera viga.


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Figura 3.34- Eventos de las señales de EA de diferentes sensores La distribución de frecuencia de las señales por cuatro sensores se muestra en la fig. 3.35

Figura 3.35- Diagrama de la frecuencia de eventos de AE para sensores diferentes


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- Inspección de puente Moesa (Vogel y Schechinger 2006). El puente Moesa fue construido en 1952 en Suiza (fig. 3.36). Se trata de una viga continua, pretensada ( 84 tendones, cada tendón de 12 cables del diámetro 7 mm).

Figura 3.36 - Puente Moesa en Roveredo, Suiza a) fotografía b) vista de planta c) sección transversal d) alzado El puente tiene daños por corrosión por cloruros. La técnica de EA fue aplicada para determinar los cables destruidos por corrosión. Los 16 sensores fueron colocados a lo largo de la longitud de la estructura (fig. 3.37) separados 8.30 m, para monitorización a lo largo del tiempo.

Figura 3.37 – Identificación de rotura de alambre que se registró en los 16 sensores


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El sistema fue instalado en Abril de 2004. Hasta abril de 2006 se han identificado 15 roturas seguras de cables y otras 5 como posibles (fig. 3.38).

Figura 3.38 - Posición de todas las rupturas de cable El análisis de las características de las señales registradas y las conclusiones de inspecciones, mostró que la rotura de los cables ocurrió de causa debido a la mala inyección o falta de inyección de los tendones. - Puente Barcza (ARHES ,2009) El puente fue construido en 1968, cerca de la cuidad de Barcza en Polonia. Es un puente prefabricado de vigas pretensadas, de tres vanos, con el vano central de 15,96m (fig.3.39). Las vigas laterales tienen longitud de 12,48 m y son simplemente apoyadas. La sección transversal consiste de 10 vigas prefabricadas pretensadas con una losa superior de hormigón armado de 20 cm de espesor en el vano central y 8 vigas en los vanos laterales. El vano seleccionado para los estudios fue el lateral.

Figura 3.39- Vista del puente La prueba de puente de Barcza más importante fue la prueba de carga, la técnica de EA fue aplicada para el análisis. En la fig. 3.40 podemos ver la posición de los sensores en el vano lateral.


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Figura 3.40 - Posición de instrumentos utilizados para la prueba La carga se dió mediante losas de hormigón y bloques de acero (fig.3.41) .

Figura 3.41 – Colocación de losas de hormigón y bloques de acero durante la prueba de carga Las fases de carga durante la prueba y valores del momento de flector en el centro de la viga más solicitada (viga extrema) eran:

WarszawaKielce

KielceWarszawa

DG8 1/2

DG3 1/2

DG2 1/2

DG1 1/2

DG8 1/2DG3 1/2DG2 1/2

DG1 3/4DG1 1/2DG1 1/4

- deflection measurement points - inductive transducers

- deflection/support displacement measurement points - Total Station

- Strain/stresses measurement points

STF

SWGSBF

STFSWGSBF

- acoustic emission transducers

12345678910

1-10

- support displacement points - leveling


60

1. Capa de 8 losas de hormigón №. 1 55 kNm, 2. Capa de 8 losas de hormigón № 2 111 kNm, 3. Capa de 8 losas de hormigón №. 3 166 kNm, 4. Capa de 8 losas de hormigón №4 221 kNm, 5. Capa de 8 losas de hormigón № 5 276 kNm, 6. Capa de 4 bloques de acero №1 417 kNm, 7. Capa de 4 bloques de acero №2 558 kNm, 8. Capa de 4 bloques de acero №3 698 kNm, 9. Capa de 4 bloques de acero № 4 839 kNm, 10. Capa de 4 bloques de acero situada en capa de hormigón № 5 (por razones de seguridad) 979 kNm.

Las señales de AE fueron registradas en 10 puntos de la viga. La distancia entre sensores era 130 cm. Un sistema de 12 canales y sensor de 55 kH fue usado. Los parámetros de sistema principales son: sensores resonantes de 55 kH, filtro de 20 kH, filtro alto 200 kHz, preamplificador 40 dB, umbral (ruido) 40 dB. Los parámetros de señales registrados durante la carga eran comparados con parámetros estándares de la base de datos de la señal de referencia de la EA. La base de datos de la señal de referencia de la EA, fue creada registrando los acontecimientos de EA generados durante pruebas en laboratorio de vigas de hormigón armado. Para el análisis de las señales obtenidas se utilizo el método de análisis paramétrico. Los resultados de EA obtenidos durante el proceso de monitorización se presentan en las tablas (3.1 y 3.2) de código de grado y código de gravedad. Estas tablas están relacionadas con códigos de inspección de puente clásicos. El código de grado presenta el resultado de posición y clasificación de la señal en zonas particulares. El código de gravedad presenta el resultado final de la monitorización de la EA elaborada en la base de experiencia del equipo humano. Tabla 3.1 - Código de grado y descripción

Código Descripción

A No hay defectos significativos

B leve, no más de 5% de superficie de área/longitud/numero

C Moderado, 5%-20% de superficie de área/longitud/numero

D Amplio, 20%-50% de superficie de área/longitud/numero

E Extensivo , 50%-70% de superficie de área/longitud/numero

F Extensivo, más de 70% de superficie de área/longitud/numero


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Tabla 3.2 – Código de gravedad

Código Descripción

0 El elemento está fuera de su funcionalidad /fallo

1 El defecto/daño severo, la pérdida significativa de funcionalidad y/o elemento está cerca del colapso

2 Defecto/daño moderado, alguna pérdida de la funcionalidad podría ser esperada

3 Señales tempranas, defecto/daño menor, ninguna reducción de funcionalidad de elemento

4 Defecto no tiene ningún efecto significativo en el elemento

5 Condición sin defecto

Durante el proceso de monitorización se registraron señales de cado uno de los sensores durante cada fase de la prueba, y el resultado esta presentado en el diagrama de la amplitud/tiempo para la suma de todas señales de los sensores. Fase № 1 El resultado de la EA: la carga provoca el proceso de la micro fisuración en el hormigón. Este defecto no tiene ningún efecto significativo en la viga (fig. 3.42).

Figura 3.42 – resultados de fase 1 de la prueba Fase № 3 El resultado de la EA: la carga provoca el proceso de la micro- fisuración en el hormigón. Este defecto no tiene ningún efecto significativo en la viga. La cantidad de las señales de EA no es menor que en la fase anterior. Esto significa que la estructura puede resistir este nivel de la carga. No hay ninguna señal de fisuración. Fase № 5 El resultado de la EA: la carga provoca el proceso del micro-fisuración en el hormigón. Este defecto no tiene ningún efecto significativo en la viga y ninguna reducción de la funcionalidad del elemento. La cantidad de señales de EA no es menor que en la fase anterior. Esto significa que la estructura puede resistir este nivel de la carga. No hay ninguna señal de fisuración.(fig. 3.43)

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C

D

E

F


62

Figura 3.43 – resultados de fase 5 de la prueba Fase № 6 El resultado de la EA: se observó un aumento de la intensidad de las señales de EA en la zona del sensor №10, que está cerca del apoyo exterior, que da como resultado un proceso destructivo a causa de la fuerza cortante máxima. Este nivel de la carga provoca la fisuración en el hormigón.(fig. 3.44)

Figura 3.44 – resultados de fase 6 de la prueba Fase № 7 El resultado de la EA: es observado la intensidad de las señales de la EA en la zona de sensor №1, que está cerca del apoyo interior. El proceso destructivo es a causa de la fuerza cortante máxima. La carga provoca fisuración en el hormigón de la viga transversal. (fig. 3.45)

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C

D

E

F

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C 3 C

D

E

F


63

Figura 3.45 – resultados de fase 7 de la prueba Fase № 8 El resultado de la EA: el aumento de la señal de EA ocurre en zonas de sensores 4 , 5 y 6. La mayor parte del aumento está en la zona de sensor 5 (en el centro de la viga). La inspección visual no descubrió ninguna fisura cerca del centro de la luz de la viga. (fig 3.46)

Figura 3. 46 - resultados de fase 8 de la prueba Fase № 9 El resultado de la EA: el aumento rápido de la cantidad de las señales y la formación de nuevos procesos destructivos que muestra el desarrollo de los procesos de la fisuración. El área de los procesos destructivos cubre toda la viga. La inspección visual descubrió la fisura cerca del centro de la luz de la viga. (fig.3.47)

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C 3 C

D

E

F

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C 3 C

D

E

F


64

Figura 3. 47 - resultados de fase 9 de la prueba Fase № 10 El resultado de la EA: el aumento rápido de la cantidad y grado de las señales, el desarrollo adicional de los procesos destructivos existentes. Más de 50 % de la superficie de la viga muestra daños significativos. (fig.3.48)

Figura 3. 48- resultados de fase 10 de la prueba La fase 0 – ninguna carga El resultado de la EA: en la fase de descarga se termina el proceso de la fisuración y existe la posibilidad de trabajar de la viga con niveles de carga menores de la fase 10. La viga esta tan destruida que la continuación de la prueba de carga hace rápido el proceso de fisuración. (fig.3.49)

0 1 2 3 4 5

A

B

C 2 C 4 C

D

E 3 E

F

0 1 2 3 4 5

A

B

C D 2 D 3 D

E

F


65

Figura 3.49 - resultados de fase 0 de la prueba Las conclusiones obtenidas durante el proceso de monitorización son los siguientes: las pruebas de carga deberían haber sido paradas en la fase № 8 o entre 8 y 9 para no producir fisuración en las vigas. Fue probada la capacidad del método EA de descubrir la fisuración antes de que pudiera ser confirmado por la inspección visual también. Puede considerarse que la viga es capaz de resistir el momento de 700 kNm sin aparezca ningún proceso de fisuración. Esto es el 92 % del momento máximo resistente de la clase B del Código Polaco PN-85/S-10030. -Los pruebas de carga de un puente nuevo en Polonia ( Golaski y Ono, 2002 ) El puente de dos vanos fue construido con 30 vigas de hormigón pretensado (fig. 3.50 a). Las pruebas de cargas estáticas y dinámicas se ejecutaron (con cargas nominales igual a las cargas que puede resistir la estructura).

a) b) Figura 3.50 – a) Vista del puente, b) resultados de prueba

0 1 2 3 4 5

A

B 4 B

C 3 C

D

E

F


66

La técnica de EA fue aplicada para el análisis. Las vigas del mismo tipo fueron examinadas por la emisión acústica también en el laboratorio hasta la fractura. Como estaba previsto, el nuevo puente no mostró ninguna señal de defecto. Durante esta prueba, el puente fue cargado por primera vez y esto era la razón de fricción inicial, que produjo señales de EA en los apoyos, que son típicos para nuevas estructuras. Esta emisión disminuyó durante las etapas de la carga siguientes. El objetivo principal de estas medidas EA era obtener los datos iniciales de las señales de EA cuando la estructura no presenta ningún daño. En el futuro las pruebas periódicas serán realizadas. Los resultados de todas estas pruebas serán comparados y de esta manera el estado del puente será evaluado. Los resultados obtenidos de la monitorización del puente son similares a los obtenidos durante las etapas tempranas de la carga de las vigas pretensadas en el laboratorio. Tanto los parámetros de EA convencionales como la intensidad (fig. 3.51 b) (basado en severidad e índice histórico) fueron determinados. Como podemos ver en la fig., las señales de AE registradas por todos los sensores fueron clasificadas como A, lo que significa ningún daño o defecto. - Monitorización y pruebas de carga de un puente dañado ( Golaski y Ono, 2002 ). El puente seleccionado para monitorización y reparación fue un puente de tres vanos de vigas postensadas de longitud 14,85 m. La inspección visual detectó los siguientes problemas en la estructura: destrucción del recubrimiento de la armadura pasiva, corrosión de los tendones postensados, corrosión de hormigón, fisuración del hormigón. (fig.3.51 ).

Figura 3. 51– Vista del puente y los daños existentes Para determinar el nivel de carga que puede resistir el puente en estado actual se realizó la prueba de carga con aplicación de método de EA para el análisis. Durante el ensayo, el puente fue cargado por dos camiones (15 t cada uno; 30 t de carga nominal para este puente) Las pruebas dinámica y estática fueron realizadas. Durante la carga dinámica, los camiones pasaron por el puente con la velocidad de 0.5 km/h, mientras que durante la carga estática los camiones fueron colocados en el centro del vano central para provocar una tensión mayor en las vigas. Para registrar actividades de EA, se usaron 12 sensores (de 55 kH) resonantes. Se colocaron en la cara inferior de cada viga. La distancia entre sensores era 1.25 m. A causa de los numerosos daños visibles, se esperaba un gran número de señales de EA durante la carga de puente. El objetivo de esta prueba de EA era identificar el daño activo y su posición en


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las zonas más dañadas. Los resultados de las señales de EA durante carga dinámica están presentados en tabla 3.3 Tabla 3.3 – parámetros de señales de EA durante la prueba dinámica Numero de AE sensor

Numero de eventos

Amplitud (dB)

Energía Duración (µs)

Tiempo de subida (µs)

Cuentas

3 79 55 20 1300 346 24

9 1 42 1 32 10 2

11 38 55 7 828 141 20

12 1 50 27 1985 369 56

La actividad de la EA relativamente débil indica que no hay ningún peligro para la estructura de esta viga en condiciones de las cargas aplicadas. Ninguna señal de EA se produjo en el centro de la luz de la viga, aunque aquella parte recibiera la tensión más alta. Todas las señales obtenidas tenían una amplitud baja (no mayor que 55 dB), energía baja, y duración relativamente corta. Los gráficos de parámetros EA (número de golpes, amplitud, energía y duración), están presentados en la fig. 3.52, que indican que la actividad EA ocurrió cuando los camiones pasaban por la parte media de la viga. Sin embargo, durante los pasos siguientes el nivel de EA no aumentó. La superficie de viga en zonas 3 y 11, donde la mayor parte de acontecimientos EA fueron registrados, fue visualmente examinada y ninguna grieta fue observada. Esto demostró que la fricción entre hormigón y cables de armadura activa durante la carga aplicada fuera la fuente principal de las señales de EA registradas.

Figura 3.52 - Parámetros de EA (eventos, amplitud) vs. duración de tiempo de prueba dinámica La segunda etapa de este ensayo era la prueba de carga estática. Dos camiones de 15t fueron colocados en la luz central. Las señales de EA fueron registradas. Casi todas las señales fueron registradas en el sensor 4. Una actividad EA muy intensa fue observada a principios del tercer minuto de la prueba y se muestra en la fig. 3.53.


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Figura 3.53 - Parámetros de EA (eventos, amplitud) vs. duración de tiempo de prueba dinámica La duración de algunas señales registradas ascendió a 500 milisegundos. Aunque las señales indicaron el desarrollo del daño activo, la carga no se detuvo porque la amplitud de las señales no superó los 80 dB al principio. En la parte posterior de la prueba, las señales de amplitudes altas fueron observadas. La carga fue parada cuando el número de golpes de la EA eran fuertes (> 80 dB) superando un valor crítico (sacado experimentalmente). Los canales 3, 9, 11 y 12 registraron sólo uno o dos golpes de EA en todas partes de la prueba. En la tabla 3.4 se presentan los resultados obtenidos. Tabla 3.4 – parámetros de señales de EA durante la prueba estática Numero de AE sensor

Numero de eventos

Amplitud (dB)

Energía Duración (µs)

Tiempo de subida (µs)

Cuentas

3 1 45 1 30 4 1

4 70950 85 11250 500000 1600 17200

9 2 45 10 1310 80 11

11 2 73 200 3200 290 100

12 1 45 9 1090 700 200

El aumento de los señales de EA en el sensor 4 registrado en la carga constante indicó que existían daños serios. La inspección visual de la superficie de la viga no mostró apariencia de nuevas grietas. Al analizar todos los datos obtenidos durante las pruebas se concluyó que el puente tiene que ser reparado o reforzado. También se concluyó que durante la carga dinámica no hubo registrado ningún defecto serio aunque unos de los defectos fueron descubiertos en la carga estática. La técnica de EA fue aplicada después de los trabajos de reparación realizados. El objetivo de esta prueba era comparar los parámetros de señales de EA obtenidas de un puente dañado y uno renovado. Como se esperaba, el análisis de multiparámetro de datos obtenidos no indicó ningún


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daño activo. Este ejemplo muestra el potencial de usar EA como un método para comprobar la calidad de reparación. - Prueba de carga de un puente ( Golaski y Ono ,2002 ) La monitorización de un puente pequeño de hormigón armado durante la sobrecarga fue realizada con aplicación del método de EA para determinar la posibilidad de transportar por este puente un transformador eléctrico pesado (470 t) mediante camión con dos plataformas especiales. La monitorización estuvo dividida en dos etapas: paso del camión junto con la primera plataforma y paso del segundo plataforma. (fig.3.54)

Figura 3.54 – Realización de prueba El número de golpes y golpes obtenido durante esta prueba se muestran en la fig. 3.55.


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Figura 3.55 – Eventos de señales de EA: para primero paso de transporte (a la izquierda), para segundo paso de transporte (a la derecha) Así que podemos ver que durante ambas etapas, la intensidad de la EA era similar. Esto significa que no había ningún daño causado por la carga pesada. Las señales de EA también fueron registradas antes y después del paso de camión en el tráfico regular. La comparación de los resultados obtenidos durante aquellas medidas tampoco mostró ningún nuevo daño.

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