METODOS DE PROSPECCION NO DESTRUCTIVA (2).doc

7/26/2019 METODOS DE PROSPECCION NO DESTRUCTIVA (2).doc

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1. IMPEDANCIA MECNICA

1.1. DEFINICIN

La impedancia mecnica es un mtodo de prospeccin no destructiva que

relaciona la fuerza que acta sobre un cuerpo con su movimiento. Se considera

que el cuerpo opone a la fuerza externa fuerzas de inercia, amortiguamiento y

rigidez.

La definicin de la impedancia mecnica es

Z= F / V

!nde

" #odulo de la fuerza de $mpacto

% #odulo de la velocidad

1.2. PRINCIPIO

&l mtodo se basa en la analog'a con laimpedanciaelctrica ("uerza y )ensin* y

(%elocidad e $ntensidad*.!etecta posibles anomal'as mediante el anlisis de la

respuesta vibratoria del elemento ante un peque+o impacto con un martillo

instrumentado. &s un mtodo ms completo que la simple deteccin de un eco. La

impedancia mecnica es la relacin entre la fuerzaaplicada y

la velocidadregistrada en cabeza.

1.3. DESCRIPCIN DEL ENSAYO

&l ensayo consiste en excitar la estructura a analizar (normalmente pilotes*

mediante el golpe con un martillo y registrar la respuesta con un gefono situado

en la estructura a estudiar. &l gefono debe estar adecuadamente apoyado en la

estructura a ensayar para permitir un buen registro, por ello se prepara la zona eincluso se dispone silicona bao el gefono, lo cual facilita el contacto.

Foto 1:Esquema de trabajo del sistema.
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1.4. ANALISIS DE SEALES

-ara analizar la propagacin en el tiempo de una onda provocada por un golpe de

martillo en la cabeza de un elemento, se debe considerar este ltimo como unmedio cil'ndrico y omogneo. &l mtodo consiste en estudiar la amplitud de esta

onda. La medida del tiempo /t0 que tarda la se+al breve en reflearse sobre una

discontinuidad importante o sobre la punta del elemento permite, mediante la

relacin

t = 2 L / Ch!nde

/10 velocidad de propagacin de las ondas longitudinales en el 1oncreto (2.344 a5.444 ms67*.&sta expresin nos permite !eterminar la distancia /L0 entre el punto

de emisin y el de reflexin de la onda vibratoria.

&l anlisis de las se+ales recibidas puede acerse mediante la medida de la

duracin /t0 del recorrido de la onda longitudinal refleada, a partir de la se+al de

velocidad vibratoria /%0 en el mbito temporal ("ig.7*.

Figura 1. Anlisis temporal: amplitud de la seal recibida en funcin del tiempo.

)ambin se puede proceder de otra manera, en el mbito frecuencial, explotando

medidas de intervalos de frecuencia /8f0 a partir de la se+al de velocidad /%0

(fig.9*.
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Figura 2. Anlisis frecuencial: amplitud de la seal recibida en funcin de la

frecuencia.

La interpretacin de la forma de la se+al permite detectar, con una cierta

experiencia, adems de la primera reflexin de la onda s'smica, la presencia de

irregularidades que indican reflexiones parsitas de la se+al. &l anlisis de la

medida permite deducir la longitud del pilote o la profundidad del nivel de reflexin,

si se conoce la velocidad de las ondas en el ormign. : la inversa, sobre un pilote

cuya longitud es conocida, la medida permite determinar la velocidad media de las

ondas en el ormign y detectar eterogeneidades del material.

Foto 2:Caso prctico del funcionamiento del sistema.
http://blog.360gradosenconcreto.com/wp-content/uploads/2013/10/4blog-pic21.jpghttp://blog.360gradosenconcreto.com/wp-content/uploads/2013/10/4blog-321.jpg


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&ste mtodo incluye, adems del registro de la velocidad vibratoria /%0 en la

cabeza del elemento, el registro del impacto /"0 provocado por el martillo. &l

trmino /%;"0, mdulo de la velocidad dividido por la fuerza del impacto, se define

como la admitancia mecnica, o sea la inversa de la impedancia mecnica /";%0.

Se estudia la vibracin propia del pilote en el suelo, tambin llamada resonancia, a

partir de la admitancia mecnica en el mbito frecuencial. &l anlisis frecuencial

permite calcular varios parmetros cuantitativos relativos al pilote, su geometr'a y

la interaccin con el suelo.

1.5. RESULADOS

Se explotan los resultados sobre las curvas de admitancia en funcin de la

frecuencia. &n general, el rgimen principal se sita en el rango 4 6 7.934


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La rigidez /=0 del sistema pilote;suelo a partir de la pendiente de la curva a baa

frecuencia.

R = 2 > "M/ #V/F$M!nde

= se expresa en ?e@ton por metro en magnitudes de 74&A

La admitancia caracter'stica /?0 que corresponde a la media geomtrica de los

mximos y los m'nimos sucesivos de la curva de admitancia. !epende del

dimetro del pilote y de las caracter'sticas del concreto.

N = #V/F$C = 1/Bh A Ch!nde

B C peso espec'fico del ormign (9.244 a 9.544 Dg;m2 *

: C seccin del pilote en m9

La interpretacin de estos intervalos entre picos de resonancia se realizaigualmente en el mbito frecuencial. La forma general de la curva tambin aporta

ms informacin, dado el carcter cuantitativo e intr'nseco de la movilidad. &n

particular, cuando se forman bulbos o estrangulamientos en los niveles intermedios

del pilote, las reflexiones de energ'a de la se+al procedente de estos niveles

pueden, en funcin de su importancia, superponerse o enmascarar fenmenos

vibratorios procedentes del fondo. 1on los datos obtenidos del estudio geotcnico,

del control y la vigilancia en obra durante la eecucin de los pilotes, es posible

apreciar el tipo y la, amplitud del defecto (estrangulamiento, bulbo, corte*.

La rigidez del pilote a baa frecuencia corresponde a la que se obtiene al inicio de

una prueba de carga, siempre y cuando el sistema pilote;suelo se mantenga en los

l'mites de la elasticidad (baas cargas*. &n efecto, en estas condiciones, se puede

escribir por analog'a

R = "%&'() )*+,-)) / &*+)()0,&t.

&l anlisis de este parmetro permite, a partir de un conunto de elementos

previamente controlados y la comparacin con otros parmetros calculados,

precisar, bien la gravedad del defecto, bien la buena interaccin pilote;suelo.

&n cuanto a la admitancia caracter'stica, el valor terico calculado teniendo encuenta la seccin terica y las caracter'sticas medias del ormign, se compara


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con la media geomtrica en la curva. Si la media real es muy inferior, significa que

la seccin del pilote es mayor de la prevista y viceversa. Sabiendo que la parte

superior del pilote es determinante en el valor de la admitancia real, esta

comparacin resulta ser un buen mtodo para detectar defectos en cabeza, tales

como variaciones de seccin u ormign de mala calidad.

En pilote presentar una respuesta anmala

Si el valor de la rigidez es manifiestamente inferior a la media de los valores

registrados en pilotes del mismo tipo y entorno,

Si la media geomtrica de la admitancia real es notablemente superior a su

valor terico. &ste eco indica que el pilote padece una reduccin de seccin

o de calidad del ormign,

Si el intervalo de frecuencia entre picos de resonancia no corresponde a lo que

deber'a ser atendiendo a la longitud de proyecto y de eecucin.

1.. CONCLUSIONES

La impedancia mecnica permite analizar la respuesta vibratoria de

cualquier obeto sometido a una excitacin.

La respuesta depende de su forma, longitud, seccin, del material

constitutivo y del entorno.

La utilidad de este tipo de ensayo ser determinar la longitud o canto del

elemento ensayado e incluso el comportamiento (respuesta* de las distintas

capas que atraviesa. &n el caso de un pilote ser'amos capaces de

determinar la longitud, as' como la mayor o menor coaccin de las capas

por las que atraviesa.

&ste mtodo no es suficiente para dar respuesta al obetivo de controlar la

interaccin pilote;suelo, ni tampoco para calificar con precisin las

irregularidades geomtricas de las cimentaciones. -or consiguiente, este

mtodo se adapta meor al cequeo de pilotes prefabricados, de geometr'auniforme, en los que se trata de verificar las longitudes totales o las roturas.

2. MODO DE IMPAC ECO


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2.1. DEFINICIN

En mtodo de ensayo no destructivo basado en la utilizacin de un mecanismo de

impacto de corta duracin para generar ondas de esfuerzo transitorias y el uso de

un transductor receptor de banda anca ubicado a un costado del punto de

impacto.

2.2. DEFINICIN

&l mtodo impact6eco es basado en monitorear el retorno peridico de las

reflexiones de las ondas de esfuerzo y es capaz de obtener informacin acerca la

profundidad de la interfase de reflexin interna o el grosor de un miembro slido.

&ste procedimiento mide la frecuencia en que la Fnda6-, que es generada por un

impacto puntual de corta duracin, es refleada entre dos superficies paralelas

(opuestas* de una placa. &l espesor es calculado mediante la medicin de esta

frecuencia y la velocidad de Fnda6-

2.3. APLICACIONES

&ste tipo de ensayo es ms adecuado para losas, muros, etc., es decir, elementos

planos de longitud o espesor limitado. &ntre sus principales aplicaciones tenemos

#edicin de &spesores

!eteccin de "allas

-rofundidad de "allas

-rofundidad de Grietas %isibles.

Foto 1:Esquema de trabajo del equipo.

2.4. PROCEDIMIENO


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En pulso de esfuerzo de corta duracin es introducido en el miembro por impacto

mecnico. &ste impacto genera tres tipos de ondas de esfuerzo que se propagan a

partir del punto de impacto. Ena onda superficial (onda =* viaa a lo largo de la

superficie y las ondas S y - viaan dentro del miembro. &n la prueba $mpact6eco

se utiliza la onda - para obtener informacin acerca del miembro.

1uando la onda - llega a la parte inferior de el miembro, esta es refleada y viaa

de nuevo a la parte superior donde el impacto fue generado. En transductor

sensible al desplazamiento que se coloca cerca de la zona de impacto recoge la

vibracin a causa de la llegada de la onda -. La onda - es refleada acia abao y

se empieza el ciclo de nuevo. :s' la onda - es refleada mucas veces entre las

dos capas del miembro. La forma de onda grabada del desplazamiento superficial

presenta un patrn peridico que es relacionado al grosor del miembro y la

velocidad de onda.

Foto 2:Esquema de trabajo del equipo.

La forma de onda de desplazamiento se transforma en el dominio de la frecuencia

para producir un espectro de amplitud, el cual muestra las frecuencias

predominantes en la forma de onda. La frecuencia de llegada de la onda - es

determinada como la frecuencia en la cual se presenta un pico alto en el espectro

de amplitudes. &l grosor ()* del miembro es relacionado a esta frecuencia de

grosor (f* y velocidad de onda (1p* por medio de esta simple ecuacin aproximada

&l mismo principio aplica en la reflexin de un defecto interno (delaminacin o

uecos*. -or lo tanto el mtodo impact6eco es capaz de determinar tanto la

localizacin de defectos internos como medir el grosor de un miembro slido.

2.5. MEDICION DE ESPESOR DE ACUERDO A NORMA ASM C 1363

-ara una buena medicin del grosor de un elemento se requiere conocer la

velocidad de onda - en el lugar. La :S)# c 72H2, /#todo de -rueba para #edir

la %elocidad de Fnda - y el Grosor de -lacas de 1oncreto usando el #todo$mpact6&co0, permite dos mtodos para medir la velocidad de la onda -. Eno


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mtodo es determinando la frecuencia de grosor y despus midiendo el grosor real

de la placa en el punto el cuestin. La ecuacin en la pgina anterior es usada

para obtener la velocidad de la onda - como sigue

Cp" 2 f #.

:lternativamente, 1p puede ser determinada al medir el tiempo que tarda la onda

- en viaar entre dos transductores con una separacin conocida. Etilizando el

aditamento para dos transductores. Los transductores son posicionados a 244 mm

de separacin entre ellos y el impactor se localiza a 734 mm de un transductor en

la l'nea que pasa a travs de los transductores. La distancia (244 mm* entre los

transductores es dividida entre la diferencia de tiempo 8t entre la llegada de la

onda - al primer y segundo transductor.

Foto : Esquema del m$todo seg%n norma A' C1(

2.. APLICACIN

&n la grafica nI47 se muestra el desplazamiento superficial obtenido al realizar una

prueba en una losa de concreto slida. La figura debao de la forma de onda es el

espectro de amplitud obtenido mediante la transformacin de la forma de onda a

dominio de frecuencias. &l pico registrado en 77.5J K


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Figura n)*1: resultados de ensa+o de impact ec,o

2.7. VALIDEZ DE LOS RESULADOS

Luego de realizar el impacto. &xaminar la forma de onda obtenida y el espectro de

amplitud correspondiente. 1uando se realice un uicio acerca de la validez de la

forma de onda, examinar ya sea si la porcin de la forma de onda es de formacorrecta y que la onda superficial sea seguida por oscilaciones peridicas

correspondiente a las mltiples reflexiones entre la placa y los bordes. &l espectro

de amplitud de una forma de onda debe tener un pico dominante simple a una

frecuencia correspondiente del espesor de la placa.

Figura n)*2: Forma de onda + espectro de amplitud de un ensa+o !lido -mpacto

Eco /-mpact Ec,o0 de una losa de concreto de 2* mm de espesor.

La figura nI49 muestra un eemplo del dominio de tiempo valido de una forma de

onda y su correspondiente espectro de respuesta para un ensayo de una losa de


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cimentacin. &l intervalo de muestreo es de 5 Ms y el nmero de puntos en la

forma de onda completa (no mostrado* es de 945H.

Figura n)*: Ejemplo de un ensa+o -mpactoEco /-mpactEc,o0 in!lido las

formas de onda no muestran oscilaciones peridicas + el espectro de amplitud no

tiene un %nico pico dominante.

La figura nI42 muestra un eemplo de resultados de ensayo $mpacto6&co ($mpact6

&co* invlido. La forma de onda carece de oscilaciones peridicas y el espectro

de amplitud no contiene un pico dominante nico

2.6. .E8EMPLOS DE PRUE9AS

a. !eteccin de grietas en bloques de un puente.

b. #edicin de espesor en un tnel colado en el lugar.

c. #edicin de la profundidad en grietas de una losa da+ada por fuego


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d. !eteccin de delaminaciones y segregaciones en tuber'a de drenae

e. #edicin de la velocidad de onda - por mtodo superficial

f. -rueba para conocer la calidad de la inyeccin de grout en ductos de

postensado localizados por radar de penetracin.

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