ULTRASONIDOS TÉCNICA NO DESTRUCTIVA PARA EL...

UNIVERSIDAD DE SEVILLA

Escuela Superior de Ingenieros

ULTRASONIDOS

TÉCNICA NO DESTRUCTIVA PARA EL ESTUDIO

DE MONUMENTOS

PROYECTO DE FIN DE CARRERA

Autor: VERÓNICA GARCÍA MEDINA

INGENIERA SUPERIOR QUÍMICA

Tutora: DÑA. ROSARIO VILLEGAS SÁNCHEZ

Dpto. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental.

Sevilla, 4 de Diciembre de 2013

Proyecto Fin de Carrera

Ultrasonidos, Técnica no destructiva para el estudio de monumentos

Verónica García Medina

1

ÍNDICE

Pág.

1. ALCANCE Y OBJETIVO DEL PROYECTO 11

2. HISTORIA 12

3. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA DE ULTRASONIDOS 15

3.1 Conceptos básicos 15

3.2 Tipos de propagación de onda 18

3.3 Procedimiento de la generación de ultrasonidos 28

3.4 Componentes y tipos de equipos 35

3.5 Obtención de datos (representación de resultados) 46

3.6 Tipos de ensayos (transmisión, pulso-eco, resonancia) 51

3.7 Comparación con otras técnicas de medida 61

3.8 Equipo (funcionamiento interno) 69

3.9 Calibración de los sistemas ultrasónicos 73

4. APLICACIONES 76

4.1 Aplicaciones en distintas disciplinas 76

4.2 Conservación y estudio estructural del patrimonio cultural 84

4.2.1 Técnicas in situ 86

4.2.1.1 Medición de espesores 89

4.2.1.2 Inspección de grietas, fisuras y cavidades internas 90

4.2.1.3 Consolidación 95

4.2.2 Técnicas en laboratorio 102

4.2.2.1 Velocidad de propagación de onda 103




2

4.2.2.2 Medición de la atenuación acústica 109

4.2.2.3 Medición de la impedancia acústica 112

4.2.2.4 Estudio de la porosidad y la humedad 115

4.2.3 Ensayo experimental en el laboratorio 119

4.2.3.2 Descripción del ensayo 119

4.2.3.2 Resultados obtenidos 121

5. CONCLUSIONES 128

6. BIBLIOGRAFÍA 131




3

ÍNDICE DE FIGURAS Pág.

Figura 2.1 Equipo ultrasonidos en 1928 12

Figura 2.2 Equipo ultrasonido industrial en 1945 13

Figura 2.3 Escultura y castillo en estudio de ultrasonidos 14

Figura 2.4 Equipo de ultrasonidos en la actualidad 14

Figura 3.1.1 Amortiguación de una onda 15

Figura 3.1.2 Frente de una onda 16

Figura 3.1.3 Niveles de frecuencia 16

Figura 3.1.4 Periodo de una onda 17

Figura 3.1.5 Amplitud de onda 18

Figura 3.2.1 Movimiento de una onda longitudinal 19

Figura 3.2.2 Propagación longitudinal 19

Figura 3.2.3 Movimiento de una onda trasversal 20

Figura 3.2.4 Propagación trasversal 20

Figura 3.2.5 Movimiento de ondas de superficie 21

Figura 3.2.6 Movimiento de ondas Lamb 21

Figura 3.2.7 Reflexión de onda 22

Figura 3.2.8 Reflexión de una onda en un medio acuoso 23

Figura 3.2.9 Refracción de onda 23

Figura 3.2.10 Refracción de una onda en medio sólido 24

Figura 3.2.11 Difracción de onda por la presencia de un cuerpo 25




4

Figura 3.2.12 Difracción de onda por presencia de orificio 25

Figura 3.2.13 Interferencias de ondas 26

Figura 3.2.14 Resultado de la superposición de ondas 26

Figura 3.2.15 Representación de las distintas formas de propagación de onda 27

Figura 3.3.1 Mecanismo piezoeléctrico 30

Figura 3.3.2 Mecanismo magnetoestrictivo 31

Figura 3.3.3 Cristales piezoeléctricos de cerámica 32

Figura 3.3.4 Representación de las distintas zonas del haz ultrasónico 32

Figura 3.3.5 Zona muerta 33

Figura 3.3.6 Límites de la zona del campo cercano 34

Figura 3.3.7 Distribución de la presión acústica en las distintas zonas 35

Figura 3.4.1 Equipo ultrasonidos 36

Figura 3.4.2 Accesorios del equipo de ultrasonidos 37

Figura 3.4.3 Distintas formas de cabezales 38

Figura 3.4.4 Transductor de haz angular 38

Figura 3.4.5 Tranductores de contacto directo planos 39

Figura 3.4.6 Transductores de contacto directo para superficies curvas 39

Figura 3.4.7 Transductores de inmersión 40

Figura 3.4.8 Transductores de doble cristal 41

Figura 3.4.9 Respuesta de la señal recibida por un transductor de banda ancha 41




5

Figura 3.4.10 Respuesta de la señal recibida por un transductor de

banda angosta 42

Figura 3.4.11 Microtransductores 42

Figura 3.4.12 Transductor de rodillo 43

Figura 3.4.13 Transductor tipo lápiz 43

Figura 3.4.14 Transductor de brocha 44

Figura 3.4.15 Partes que componen a un transductor 44

Figura 3.4.16 Tipos de cables coaxiales 46

Figura 3.5.1 representación tipo A-scan de una estructura en estudio 47

Figura 3.5.2 Representación tipo B-scan de una estructura en estudio 48

Figura 3.5.3 detección de discontinuidades con una representación tipo B-scan 49

Figura 3.5.4 Representación tipo C-scan de discontinuidades dentro de tuberías 49

Figura 3.5.5 Moneda de ensayo e interpretación de defectos con una

representación tipo C-scan 50

Figura 3.6.1 Método de resonancia con distintas longitudes de onda 52

Figura 3.6.2 Representación de discontinuidades con el método de transmisión 54

Figura 3.6.3 Ensayo de transmisión indrecta 54

Figura 3.6.4 Distintas formas de representación de discontinuidades o

alteraciones de medida con el método de transmisión 55

Figura 3.6.5 Distintas distribuciones de los transductores en la transmisión de

ultrasonidos 56




6

Figura 3.6.6 Representación de superficies con el método de pulso-eco 57

Figura 3.6.7 Representación de superficies y defectos con el método pulso-eco 58


alteraciones de medida con el método pulso-eco 60

Figura 3.7.1 Comportamiento de las fuerzas magnéticas 62

Figura 3.7.2 Ensayo realizado con partículas magnéticas 62

Figura 3.7.3 Visualización de fisuras tras el procedimiento con líquidos

Penetrantes 63

Figura 3.7.4 Procedimiento de detección de fisuras con líquidos penetrantes 64

Figura 3.7.5 Radiografía de una tubería industrial 65

Figura 3.7.6 Representación de un ensayo tomográfico 68

Figura 3.8.1 Esquema del ensayo completo de ultrasonidos 69

Figura 3.8.2 Equipo requerido para la medición de soldaduras en tuberías

Industriales 70

Figura 3.8.3 Distintos equipos de medición de espesores 71

Figura 3.8.4 Equipo de ultrasonidos con osciloscopio incorporado 71

Figura 3.8.5 Ensayo de inmersión en laboratorio 72

Figura 3.8.6 Detección de laminación en materiales 72

Figura 3.9.1 Calibración del equipo de ultrasonidos 73

Figura 3.9.2 Patrones empleados como referencia para piezas de ensayo 74

Figura 3.9.3 Medición de discontinuidades en patrones de referencia 75




7

Figura 3.9.4 Medición de espesores en patrones de referencia 75

Figura 4.1.1 Ecografía en 3D 77

Figura 4.1.2 Empleo de la técnica de ultrasonidos para detectar

imperfecciones en los huesos 78

Figura 4.1.3 Microorganismos en estudio por la técnica de ultrasonidos 79

Figura 4.1.4 Ensayo de laboratorio para el estudio de rotura de membranas de

microorganismos con ultrasonidos 79

Figura 4.1.5 Medición de la velocidad de ultrasonidos en la madera 80

Figura 4.1.6 Ensayos de ultrasonidos para la aceleración de reacciones químicas 81

Figura 4.1.7 Equipos de ultrasonidos industriales 81

Figura 4.1.8 Sónar empleado en los barcos 82

Figura 4.1.9 Ultrasonidos en los robots 83

Figura 4.1.10 Ultrasonidos en animales 83

Figura 4.2.1 Castillo medieval en estudio 84

Figura 4.2.1.1 Edificio del patrimonio cultural en proceso de estudio 86

Figura 4.2.1.2 Ensayo de ultrasonidos a el Giraldillo de Sevilla 88

Figura 4.2.1.3 Ensayo de ultrasonidos en madera 88

Figura 4.2.1.1.1 Medición de espesor por pulso-eco 90

Figura 4.2.1.1.2 Ensayo en roca ornamental para el cálculo de la porosidad 90

Figura 4.2.1.2.1 Detección de fisuras por transmisión indirecta 91

Figura 4.2.1.2.2 Cálculo de la longitud de fisuras 92




8

Figura 4.2.1.2.3 Profundidad de una grieta o fisura 93

Figura 4.2.1.2.4 Universidad de salamanca 94

Figura 4.2.1.2.5 Arco de Trajano 94

Figura 4.2.1.2.6 Pórtico de la gloria 95

Figura 4.2.1.3.1 Equipo de ultrasonidos para el estudio de la velocidad

de propagación 98

Figura 4.2.1.3.2 Representación de la velocidad con la profundidad

de una estructura consolidada 100

Figura 4.2.1.3.3 Representación de la profundidad de penetración del

consolidante en una estructura 101

Figura 4.2.1.3.4 Consolidación en la Torre de Bofilla 102

Figura 4.2.2.1.1 Esquema general para el cálculo de la velocidad

de propagación 104

Figura 4.2.2.1.2 Colocación correcta del transductor en la pieza de ensayo 106

Figura 4.2.2.1.3 Ensayo en una muestra de madera 107

Figura 4.2.2.1.4 Equipo de laboratorio para el estudio de la resistencia

a la compresión 108

Figura 4.2.2.1.5 Estudio de la piedra de Novelda 109

Figura 4.2.2.2.1 Representación de la atenuación acústica a través de un material 110

Figura 4.2.2.2.2 Detección de imperfecciones variando la longitud de onda 112

Figura 4.2.2.3.1 Materiales con distinta impedancia acústica 113




9

Figura 4.2.2.4.1 Detección de poros internos en una superficie o estructura 115

Figura 4.2.2.4.2 Muestras para el cálculo de la porosidad en el laboratorio 117

Figura 4.2.2.4.3 Representación gráfica de modo de ensayo 118

Figura 4.2.2.4.4 Ensayo experimental para el estudio de la porosidad 119

Figura 4.2.3.1.1 Equipo de ultrasonidos empleado en el experimento 120

Figura 4.2.3.1.2 Representación de la selección de caras para el ensayo 122

Figura 4.2.3.2.1 Probetas de los distintos mármoles de ensayo 123

Figura 4.2.3.2.2 Probetas de las piedras sedimentarias de ensayo 124

Figura 4.2.3.2.3 Probetas de las escayolas de ensayo 125

Figura 4.2.3.2.4 Probeta de ladrillo de ensayo 126

Figura 4.2.3.2.5 Probeta de caliza cristalina de ensayo 127

Figura 4.2.3.2.6 Modo de ensayo 128

Figura 5.1 Técnica ultrasonidos 130

Figura 5.2 Empleo de la técnica de ultrasonidos por personal cualificado

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 4.2.2.1.1 Velocidad de propagación según tipo de roca 107

Tabla 4.2.2.2.1 Cálculo de la longitud de onda con la variación de la frecuencia 111

Tabla 4.2.2.3.1 Impedancias acústicas para distintos materiales 113

Tabla 4.2.2.4.1 Experimento realizado en laboratorio para conocer la relación

porosidad-velocidad de propagación de onda 117




10

Tabla 4.2.3.2.1 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos

en mármoles 121


en piedras sedimentarias 123


en escayolas 124


en ladrillo 125


en caliza cristalina 126

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 4.2.2.4.1 Relación porosidad-velocidad de propagación de onda 116

Gráfico 4.2.3.2.1 Velocidad-tiempo para los mármoles de estudio 122




11

1. ALCANCE Y OBJETIVO DEL PROYECTO

El principal objetivo de este proyecto es el estudio teórico de la técnica de

ultrasonidos y más concretamente aplicada en el mantenimiento y rehabilitación del

patrimonio cultural.

El proyecto comprende una descripción completa de la técnica de ultrasonidos como

son los fundamentos físicos de las ondas ultrasónicas, las diferentes formas de

aplicación y sus métodos de uso. Pero se ha focalizado en la aplicación del estudio de

monumentos y estructuras del patrimonio cultural, haciendo un estudio más detallado de

las distintas formas de aplicación de los ultrasonidos tanto in situ como en el

laboratorio, desarrollando en cada uno los conceptos básicos de las principales medidas

que se realizan y relación entre las propiedades de los materiales de estudio.

Para complementar y comprender las conclusiones extraídas de los fundamentos

teóricos de los ultrasonidos, se ha llevado a cabo un ensayo experimental, éste se ha

desarrollado en el Departamento de Ingeniería Química y Ambiental de la Escuela

Técnica Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla. Este ensayo se ha basado

en el cálculo de la velocidad de ultrasonidos de distintos tipos de piedras y otros

materiales empleados en estructuras del patrimonio cultural. Los resultados obtenidos

han sido de gran interés para la comprensión completa de los estudios teóricos y tener

una visión más experimental de la técnica de ultrasonidos.




12

2. HISTORIA Y ANTECEDENTES

A través de los siglos, el hombre ha intentado utilizar el sonido para evaluar la

robustez y calidad de materiales, golpeando las piezas mediante algún instrumento y

escuchando las diferencias de tono, que puedan dan evidencia de la presencia de

discontinuidades. Esta forma de ensayo se considera como precursora de lo que

actualmente se conoce como ultrasonidos.

En 1928, Sergei Y. Sokolov, científico ruso y conocido por muchos como el padre de

los ensayos ultrasónicos, estudió el uso de ondas ultrasónicas para detectar defectos en

objetos metálicos. Fue desarrollando su idea a finales de los años 20, en un tiempo en

que no disponía de la tecnología requerida para ello. Demostró que las ondas de sonido

se podían utilizar como una nueva forma de microscopio basándose en el principio de la

reflexión.

Figura 2.1 Equipo ultrasonidos en 1928

Sin embargo, hasta finales de los años 30, no se empezaron a desarrollar las tecnologías

para tales mecanismos, y las altas frecuencias requeridas para el microscopio de

Sokolov se empezaron a utilizar en sistemas ultrasónicos utilizados para radar y

navegación submarina.




13

En 1931, Mulhauser obtuvo una patente para usar ondas ultrasónicas con el fin de

detectar defectos en sólidos, para lo cual utilizó dos transductores. También se

desarrollaron ensayos ultrasónicos por Firestone (1940) y Simons (1945) usando la

técnica de eco-frecuencia.

En 1942, Firestone fue el primero en aplicar el principio del sonar, para la localización

de buques y medir profundidades marinas, así como la detección de heterogeneidades

en los materiales mediante una señal reflejada. A partir de 1945, el ensayo por

ultrasonido tuvo una aceptación general, favorecida además por la urgente demanda de

ensayos no destructivos.

Figura 2.2 Equipo ultrasonido industrial en 1945

Mamillan, en 1958, fue el primero en usar ultrasonido para la investigación y

realización de pruebas en edificios de piedra. Desde entonces el método de ultrasonidos

ha sido usado para múltiples estudios de estructuras de piedra, en obras civiles de

ingeniería, etc.




14

Actualmente se han realizados muchos avances en la instrumentación y la tecnología

electrónica, haciendo posible el desarrollo de este método, como una herramienta rápida

y confiable en el aseguramiento y control de la calidad.

Sus aplicaciones son cada vez más empleadas y extendidas en múltiples disciplinas. En

el ámbito del mantenimiento de los monumentos del patrimonio cultural es el principal

método preventivo de empleo, desarrollando sus técnicas y ensayos.

Figura 2.3 Escultura y castillo en estudio de ultrasonidos

Figura 2.4 Equipo de ultrasonidos en la actualidad




15

3. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA DE ULTRASONIDOS

3.1. Conceptos básicos:

El sonido se produce por la vibración mecánica de las partículas que componen un

medio. Esta vibración provoca que la energía de la onda se transmita por el medio.

El término ultrasonidos se refiere a la propagación de esas ondas sonoras pero a unas

frecuencias altas que el oído humano no puede percibir.

Para comprender mejor el fenómeno de la técnica de ultrasonidos se va a definir una

serie de términos básicos relacionados, como son:

Onda: es la propagación de una oscilación provocada por la vibración de las

moléculas que constituyen un material.

Velocidad de propagación: es la velocidad a la que se propaga la onda, es

decir, la velocidad del sonido; ésta depende de una serie de características y

propiedades del material.

Amortiguación: es la disminución de la amplitud de una onda con el tiempo.

Figura 3.1.1 Amortiguación de una onda




16

Frente de onda: Es el lugar geométrico en que los puntos del medio son

alcanzados en un mismo instante por una determinada onda. Pueden visualizarse

como superficies o líneas que se desplazan a lo largo del tiempo alejándose de la

fuente sin tocarse.

Figura 3.1.2 Frente de una onda

Una onda se caracteriza principalmente por cuatro componentes:

Frecuencia: es el número de oscilaciones por segundo. La frecuencia será la

misma para todas las partículas e igual a la del generador, dentro de una misma

onda.

Figura 3.1.3 Niveles de frecuencia




17

La ecuación que define la frecuencia de una onda es:

Siendo:

f=frecuencia

T= periodo

Periodo: es el tiempo que tarda una partícula en realizar un ciclo completo.

Figura 3.1.4 Periodo de una onda

Longitud de onda: es la distancia entre dos puntos donde las partículas se

encuentran en el mismo estado de movimiento.

Siendo:

: longitud de onda

: velocidad de propagación de onda

: frecuencia




18

Amplitud: Es la máxima desviación de oscilación, si esta es constante en el

tiempo la oscilación se considera como desamortiguada (para materiales

perfectamente elásticos), en cambio si esta decrece con el tiempo, la oscilación

se considera como amortiguada, en este caso la disminución de dicha amplitud

se debe a la disipación de energía (cuando los materiales no son perfectamente

elásticos).

Figura 3.1.5 Amplitud de onda

3.2. Tipos de propagación de ondas:

La propagación del sonido se da en forma de ondas, transportan energía de un

punto a otro del espacio pero requieren de un medio para dicha propagación.

Existen diferentes tipos de ondas según el movimiento de las partículas del medio.




19

Ondas longitudinales:

Las partículas vibran en la misma dirección paralela al de propagación.

Este tipo de ondas son las más fáciles de propagar y detectar, es por ello que en

la técnica de ultrasonidos son las más aplicadas. Pueden ser orientadas y

localizadas en un haz concentrado y poseen alta velocidad. Estas son las únicas

ondas que pueden ser propagadas en medios sólidos, líquidos y gaseosos.

Figura 3.2.1 Movimiento de una onda longitudinal

Figura 3.2.2 Propagación longitudinal

Ondas trasversales:

En este tipo de ondas, el sentido de oscilación de las partículas es

perpendicular a la dirección de propagación. Ya que los líquidos y gases no

ofrecen ninguna resistencia a los esfuerzos de corte, las ondas transversales no

pueden ser propagadas en estos medios.




20

Figura 3.2.3 Movimiento de una onda trasversal

Figura 3.2.4 Propagación trasversal

Ondas de superficie o de Rayleigh:

Son un tipo especial de las ondas trasversales que se transmiten a lo largo

de la superficie del material. Se propagan sobre la superficie de materiales de

espesores gruesos con una penetración equivalente a una longitud de onda. El

movimiento de las partículas forma una elipse, siendo ésta una combinación de

ondas transversales y longitudinales, el eje de mayor longitud es perpendicular a

la dirección de propagación de onda siendo el eje de menor longitud paralelo a la

dirección de propagación. Estas ondas son utilizadas en el método de ultrasonido

porque son particularmente sensibles a defectos en la superficie y son capaces de

copiar posibles curvas que dichas superficies posean, sólo pueden propagarse en

sólidos y son de gran utilidad para los estudios sismológicos.




21

Figura 3.2.5 Movimiento de ondas de superficie

Ondas de Lamb:

Estas ondas se dan en cuerpos donde el espesor es del mismo orden que

una longitud de onda. La propagación es paralela al espesor de la superficie del

cuerpo. La velocidad de las ondas de Lamb depende de varios factores como son

el espesor del cuerpo, de la frecuencia de onda, tipo de onda y de las

características del material en ensayo. Este tipo de ondas son por ello de gran

utilidad en ensayos ultrasónicos con materiales sumamente delgados. El

movimiento de las partículas es similar al de una elipse, diferenciando dos

sentidos de vibración, uno Simétrico o Modo extensional, moviéndose paralelas

a la superficie simétricamente respecto al plano medio, y otro Anti simétrico o

Modo Flexional, el mayor movimiento de las partículas es perpendicular a la

superficie, en este modo la placa se flexiona.

Figura 3.2.6 Movimiento de ondas Lamb




22

Ondas de torsión:

Se propagan en cuerpos con forma de barras. Son ondas con oscilaciones

rotacionales alrededor del eje longitudinal de la barra y la dirección de

propagación se sitúa en la dirección del eje de la barra.

Pero también hay que mencionar la descomposición que las ondas sufren al pasar de un

medio a otro, es decir, experimentan distintas formas de propagación, estos fenómenos

son:

Reflexión:

Al incidir la onda sobre una superficie de propiedades elásticas distintas

al medio en que se propagan, parte de su energía es reflejada por esa superficie

en dirección que forma, con la normal a la superficie, el mismo ángulo que

formaba la onda incidente. Es el causante del eco en el instrumento de ensayo.

Figura 3.2.7 Reflexión de onda




23

Figura 3.2.8 Reflexión de una onda en un medio acuoso

Refracción:

La parte restante de la onda que no se ha reflejado penetra en el segundo

medio (que comienza a vibrar a la misma frecuencia) con dirección distinta a la

de la onda incidente, pero tal que la relación entre los senos de los ángulos,

respecto a la normal, que forma el rayo incidente y el que penetra sea constante.

Figura 3.2.9 Refracción de onda




24

Figura 3.2.10 Refracción de una onda en medio sólido

Existe una ley, similar a la aplicada en óptica, que relaciona el ángulo de la onda

incidente con el de la onda refractada directamente con las velocidades del

sonido en ambos medios, esta se conoce como la Ley de Snell y es aplicable a

todo tipo de ondas independientemente de si se está trabajando con la

componente reflejada o refractada.

Donde:

: Ángulo de incidencia de la onda incidente.

: Ángulo de incidencia de la onda refractada.

: Velocidad del sonido en el medio de la onda incidente.

: Velocidad del sonido en el medio de la onda refractada.

Para el estudio de una onda que se refleja, como el medio en el que se refleja es

el mismo que el de incidencia, la relación entre los senos de los ángulos es igual

a 1, por lo que el ángulo de la onda reflejada es igual al ángulo de la onda

incidente.




25

Difracción:

Este fenómeno ocurre cuando una onda sonora incide en un cuerpo

pequeño o una abertura que posea dimensiones del orden de la longitud de onda,

ciertos puntos del frente de onda pueden convertirse en fuentes secundaras de

onda.

Esta puede darse por dos motivos:

Cuando la onda a su paso se encuentra con un cuerpo de tamaño

comparable con la longitud de onda, y lo rodea.

Figura 3.2.11 Difracción de onda por la presencia de un cuerpo

Cuando el frente de onda se encuentra con un pequeño orificio,

relativo a la longitud de onda.

Figura 3.2.12 Difracción de onda por presencia de orificio




26

Interferencia:

Este fenómeno se forma cuando las ondas de sonido se originan

simultáneamente desde distintos puntos, distintas fuentes, produciendo esto un

solapamiento de las diferentes ondas y originando una onda resultante distinta a

las originadas.

Figura 3.2.13 Interferencias de ondas

Algunos ejemplos de los resultados que se pueden obtener serían:

Figura 3.2.14 Resultado de la superposición de ondas




27

Absorción:

Este fenómeno se da cuando parte de la energía acústica disminuye

debido a las perdidas por fricción convirtiéndose en calor. Dicha fricción interna

crece con la frecuencia.

Materiales con alta fricción interna, es decir con alta absorción, se utilizan como

amortiguadores acústicos. La absorción no solo depende de la frecuencia sino

también del material y del tipo de onda.

Existen coeficientes de atenuación acústica que indican la cantidad de

atenuación sónica por unidad de longitud de recorrido del sonido, para un

determinado material.

Figura 3.2.15 Representación de las distintas formas de propagación de onda

En la figura se representa por flechas algunos de los fenómenos que se pueden

dar, el grosor de las flechas es proporcional a la cantidad de energía que se

transmite.

(1): Rayo sonoro incidente

(2): Rayo sonoro reflejado

(3): Rayo sonoro refractado

(4): Rayo reflejado del refractado, energía absorbida por el tabique

(5) Rayo sonoro transmitido




28

Todos estos fenómenos se dan según algunos factores que influyen en la transmisión de

las ondas ultrasónicas a través del material de estudio, se pueden mencionar algunos de

los factores, como son:

Medio de acoplamiento

Condición de la superficie y acabado superficial

Curvatura superficial

Frecuencia y diámetro del cristal

Cada uno de estos factores habrá que tenerlos en cuenta para interpretar los datos

obtenidos en la técnica de ultrasonidos.

3.3. Procedimiento de la generación de ultrasonidos:

La técnica de ultrasonidos se basa en la propagación del sonido en el medio que

constituye la pieza a analizar y tiene aplicación en todo tipo de materiales. Esta

propagación se realiza en todo medio que sea elástico, es decir, que cumpla con la ley

de Hooke.

Las ondas ultrasónicas son provocadas a partir de una frecuencia determinada y no son

audibles al oído humano. Los rangos de frecuencia para distintos tipos de ondas son los

siguientes:

Subsónico: f ‹ 16Hz, en este rango no se escucha ningún tono, solo se notará

presión.

Sónico: 16Hz ≤ f ≤ 20KHz, rango audible por el ser humano.

Ultrasónico: f › 20KHz.




29

Los rangos ultrasónicos más empleados se dan entre 0,5 a 25 MHz aunque se ha llegado

a alcanzar frecuencias hasta 1000MHz.

Para la aplicación de la técnica de ultrasonidos como ensayo no destructivo es necesario

una serie de mecanismos y equipos que estarán definidos por la forma de medida y

resultados que se deseen obtener.

El fenómeno básico es la transformación de pulsos eléctricos en vibraciones mecánicas

y viceversa. Para ello se usan unos palpadores que generan y reciben señales

ultrasónicas.

Esta conversión de energía se realiza en ultrasonidos mediante dos fenómenos físicos, el

efecto piezoeléctrico y el efecto magnetoestrictivo.

Efecto piezoeléctrico:

Ante la aplicación de cargas eléctricas a un cristal piezoeléctrico, se

pueden producir deformaciones mecánicas y por lo tanto vibraciones. Así

podemos definir un material piezoeléctrico como todo aquel capaz de convertir

deformaciones mecánicas procedentes de una presión exterior en cargas

eléctricas. Este material está polarizado, en una parte las moléculas están

cargadas positivamente y en la otra parte cargadas negativamente. La pieza de

material piezoeléctrico va conectado a un electrodo en cada una de sus caras

opuestas, así cuando se aplica un campo eléctrico a lo largo del material las

moléculas polarizadas se alinean con el campo formando un dipolo inducido en

la estructura cristalina.

Este fenómeno provoca un cambio dimensional, electrostricción. Pero también

puede ocurrir el efecto contrario, que se provoque un campo eléctrico tras una

modificación dimensional.




30

Generalmente el espesor del elemento activo (cristal) utilizado es determinado

por la frecuencia de utilización del transductor. Cuantas más altas son las

frecuencias requeridas, más delgados serán los cristales utilizados.

Figura 3.3.1 Mecanismo piezoeléctrico

Efecto magnetoestrictivo:

Para que se produzca el efecto magnetoestristivo se requiere de

materiales ferroeléctricos (principalmente Níquel y acero), que se caracterizan

por contraerse o expandirse en determinada dirección cuando están sometidos a

la influencia de campos magnéticos en condiciones especiales. Este efecto es

reciproco, lo que permite a su vez emisión y recepción de la ondas ultrasónicas.

Estos materiales están compuestos por un gran número de moléculas que deben

ser polarizadas y se deformarán mecánicamente cuando se les aplique un voltaje.

Cuando se les aplica una diferencia de potencial, las moléculas pasarán de estar

orientadas al azar a obtener una orientación según el campo aplicado, la carga

aplicada es alterna y volverá a cero, aumentando y disminuyendo así su tamaño

y produciendo con ello las vibraciones.




31

Pero estos materiales ferroeléctricos no pueden soportar altas frecuencias, es por

ello por lo que se les aplica una metodología que hace posible cambiar su

comportamiento hacia la piezoelectricidad.

Figura 3.3.2 Mecanismo magnetoestrictivo

Entre los materiales más conocidos en la utilización de cristales para los transductores

se encuentran los siguientes:

Cuarzo: Fue el primer material utilizado. Es transparente y muy duro. Tiene

características muy estables en frecuencia, sin embargo es pobre en la

generación de energía acústica, mal emisor, por ello es comúnmente

reemplazado por materiales más eficientes. También presenta estabilidad

térmica por lo que es frecuente su uso en altas temperaturas.

Sulfato de litio: Es muy eficiente como receptor de energía acústica, pero es muy

frágil, soluble en agua y su uso es limitado a temperaturas debajo de los 75 °C, a

partir de esa temperatura puede perder el agua de cristalización.

Cerámicas sintéticas: Producen generadores de energía acústica más eficientes

pero tienen tendencia a desgastarse.




32

Figura 3.3.3 Cristales piezoeléctricos de cerámica

Generalmente el espesor del elemento activo (cristal) utilizado es determinado por la

frecuencia de utilización del transductor.

Cuantas más altas son las frecuencias requeridas, más delgados serán los cristales

utilizados.

En el ensayo de ultrasonidos, el haz sonoro no es recto en toda la longitud, se aprecian

distintas zonas del haz ultrasónico. Zona muerta, zona de campo cercano, zona de

campo lejano.

Figura 3.3.4 Representación de las distintas zonas del haz ultrasónico




33

Zona muerta: en esta zona es muy difícil encontrar discontinuidades en el

material, puesto que existe interferencias producidas por las vibraciones del

cristal ya que las ondas de ultrasonido se generan desde numerosos puntos en el

plano del elemento piezoeléctrico.

Debido a la zona muerta, se produce siempre el primer pico, debido a la

superficie de la muestra.

Figura 3.3.5 Zona muerta

Con el fin de eliminar la zona muerta, se utiliza unos elementos separadores en

los transductores que alejan la fuente de ultrasonido de la superficie de la pieza

eliminando dicha zona.

Zona de campo cercano: también conocida como zona de Fresnel. En esta zona

están las variaciones que presenta el haz ultrasónico debido a los máximos y

mínimos que presenta la presión acústica. Se detectan indicaciones múltiples y

con grandes variaciones es por ello que el efecto producido por un haz

ultrasónico en esta zona es ignorado o desconocido.




34

La energía es radiada en todas las direcciones desde el punto de origen, esta

zona posee unos límites máximos y mínimos. Es una zona de fluctuaciones de la

intensidad producidas por efectos de los bordes del cristal. Las ondas de presión

se convierten en uniformes hacia el final del campo cercano.

Figura 3.3.6 Límites de la zona del campo cercano

Zona de campo lejano: también conocida como zona de Fraunhofer, en esta zona

la intensidad o presión sonora se estabiliza. De la misma forma desde el límite

de la zona de campo cercano, la presión va disminuyendo a medida que aumenta

la distancia, debido a la pérdida de energía, como es la divergencia del haz.

La divergencia del haz se produce por el llamado factor de divergencia de

Fraunhofer, el área cubierta por el haz sonoro tiene mayor magnitud alrededor

del eje imaginario del haz, y va disminuyendo hacia los límites del mismo.

El ángulo de divergencia depende de varios factores como son el diámetro y

frecuencia del palpador así como de la velocidad acústica del medio transmisor.




35

La distribución de la presión acústica a lo largo del recorrido del haz sería la

siguiente:

Figura 3.3.7 Distribución de la presión acústica en las distintas zonas

3.4. Componentes y tipos de equipos:

Existen diversos equipos de generación de ultrasonidos, la elección del uso de uno

u otro depende de las características del material y de las propiedades a medir

principalmente y así como la frecuencia usada, el rendimiento que se desea obtener o el

sistema de transmisión más apropiado.




36

Para la generación de ultrasonidos se requiere de unos elementos básicos que hagan

posible los procesos mecánicos, así el equipo completo se compone de:

Un generador electrónico de señales que produce pulsos eléctricos de corta

duración.

Un palpador (transductor) que emite el haz de ondas ultrasónicas cuando recibe

los pulsos eléctricos.

Un acoplante que transfiere las ondas del haz ultrasónico a la pieza de prueba.

Un palpador (que puede ser el mismo que se utilizó para emitir las ondas de

ultrasonido) para aceptar y convertir las ondas de ultrasonido de la pieza de

prueba a pulsos eléctricos.

Un dispositivo electrónico para amplificar y si es necesario, desmodular o de

otra manera modificar las señales del transductor.

Un dispositivo de despliegue para indicar las características o marcas de salida

de la pieza de prueba, el dispositivo puede ser un tubo de rayos catódicos (TRC),

pantalla electroluminiscente o de cuarzo líquido.

Un reloj electrónico o contador para controlar la operación de los componentes

del sistema, para servir como punto de referencia primario, y para proporcionar

coordinación del sistema completo.

Figura 3.4.1 Equipo ultrasonidos




37

Se analiza a continuación cada una de las partes necesarias para que el equipo funcione

y con ello se dé el mecanismo de ultrasonidos:

Figura 3.4.2 Accesorios del equipo de ultrasonidos

Transductor:

Es la parte más importante del instrumento de ultrasonidos, pues en él se

da la transformación de energías, de energía eléctrica a mecánica y viceversa.

Existen diferentes tipos de transductores y según su construcción mecánica o

eléctrica se obtendrá un comportamiento diferente. La elección de uno u otro

depende de la frecuencia y ancho de banda utilizados así como de la estructura a

analizar.

Existen diversos tipos de transductores que se pueden clasificar acorde a unos

parámetros como son por ejemplo:

- Forma de propagar el haz ultrasónico: haz recto y haz angular.

- Técnica de inspección: de contacto y de inmersión.

- Número de cristales: un cristal, 2 cristales o dual y de cristales múltiples.

- Grado de amortiguamiento: de banda ancha, banda angosta y de

amortiguamiento interno.

- Aplicaciones especiales: transductores libres, súper amortiguados,

puntuales, periscópicos y con línea de retardo.




38

Tipos de transductores:

Figura 3.4.3 Distintas formas de cabezales

Transductor de haz angular: Utilizan una interfase en forma de cuña la cual genera un

ángulo entre el haz emitido y la normal a la superficie analizada. Esto introduce ondas

refractadas de corte en el material al mismo tiempo que dichas ondas son reflejadas en

las paredes de la pieza mejorando la detección de imperfecciones. También son

utilizados para generar ondas de superficie para detectar defectos superficiales.

Pueden ser adquiridos con diferentes ángulos fijos o en versiones ajustables. Hay que

prestar especial atención que los que poseen ángulos fijos el ángulo de refracción de la

onda cambiará según el material utilizado. Pueden ser de dos tipos: como una unidad

integral o desmontable (transductor de haz recto y zapata).

Figura 3.4.4 Transductor de haz angular




39

Transductores de contacto: Estos transductores son colocados directamente sobre la

superficie de inspección utilizando un medio de acople y presionando el transductor

sobre la misma para que puedan ser transmitidas las ondas ultrasónicas. Estos

transductores generan un retardo de tiempo entre la generación de la onda de sonido y la

llegada de la onda reflejada mejorando la lectura en las zonas cercanas a la superficie

del material en el que se encuentra en contacto el cabezal. Estos los hace especiales para

el uso en medición de medición de espesores con gran precisión y verificación de

laminación en materiales compuestos.

Figura 3.4.5 Tranductores de contacto directo planos

También existen transductores de contacto pero para superficies curvas, cuyo cabezal

está adaptado a este tipo de formas.

Figura 3.4.6 Transductores de contacto directo para superficies curvas




40

Transductores de inmersión: La transmisión del ultrasonido desde el transductor a la

pieza bajo prueba se efectúa a través de una columna de líquido, es decir, sin que exista

contacto directo, presión o rozamiento entre el transductor y la pieza.

Se pueden adquirir con haz plano o foco cilíndrico o esférico dependiendo de la

utilidad, la ventaja que poseen los cabezales con foco es que mejoran la sensibilidad y la

resolución axial al concentrar la energía del sonido en una pequeña área.

Figura 3.4.7 Transductores de inmersión

Estos transductores son de especial aplicación cuando se requiere analizar exploraciones

de gran volumen y extensión, examinar lotes de gran número de muestras o muestras de

formas relativamente complejas.

Se permite emplear frecuencias más elevadas, cristales con espesores más finos, que las

utilizadas con palpadores de contacto directo, puesto que el riesgo de rotura de los

cristales es mínimo.

Transductor normal de un solo cristal (emisor y receptor): Este tipo de transductor

contiene un solo cristal piezoeléctrico que realiza las funciones de emisor y receptor y

cuyas características fueron descritas anteriormente en los transductores de haz recto.

Transductor dual o de doble cristal: Un transductor dual está compuesto en sí por dos

cristales completamente independientes, incorporados en una misma carcasa. Uno

trabaja como emisor y el otro como receptor. Existe una barrera acústica entre ambos




41

cristales que evita la transmisión de uno al otro. Ambos cristales se encuentran

dispuestos en ángulo generando haces cruzados en el material.

Figura 3.4.8 Transductores de doble cristal

Transductor de cristales múltiples: Está compuesto por tres o más cristales y diseñado

para aplicaciones especiales tales como:

Medida simultánea de varios espesores.

Inspección de superficies curvas.

Inspección de muestras grandes.

Transductor de banda ancha: Presentan gran resolución, pero menor sensibilidad y

capacidad de penetración. En este caso el amortiguamiento es alto y los impulsos

obtenidos son cortos.

Figura 3.4.9 Respuesta de la señal recibida por un transductor de banda ancha




42

Transductor de banda angosta: Presentan buena capacidad de penetración y

sensibilidad pero una resolución relativamente pobre. En este caso el amortiguamiento

es bajo y el impulso ultrasónico es largo.

Figura 3.4.10 Respuesta de la señal recibida por un transductor de banda angosta

Transductor de amortiguamiento intermedio: Para aplicaciones generales.

Microtransductores: Son transductores con carcasas cuyas dimensiones son del orden

de milímetros, son ideales para inspecciones de soldaduras en tubos de pequeños

diámetros o donde la introducción de ondas transversales se debe realizar con un sondeo

muy pequeño.

Figura 3.4.11 Microtransductores




43

Transductores de rodillos: Se utilizan principalmente para la inspección de uniones,

soldaduras, juntas tanto de materiales metálicos como no metálicos. Permiten realizar

un escaneo rápido sin la necesidad de utilizar la técnica de inmersión.

Figura 3.4.12 Transductor de rodillo

Transductores del tipo lápiz: Éstos son los menos utilizados puesto que su área de

inspección es muy pequeña y por ello sus aplicaciones son más específicas.

Figura 3.4.13 Transductor tipo lápiz




44

Transductores del tipo brocha: Éstos son empleados para la inspección de áreas

extensas minimizando así el tiempo de ensayo.

Figura 3.4.14 Transductor de brocha

Partes del transductor:

Figura 3.4.15 Partes que componen a un transductor

El transductor consta de varias partes que hacen posible la emisión y recepción de las

ondas ultrasónicas. El transductor se compone de:

Material piezoeléctrico: es el elemento activo, el cristal, y pueden ser de diferentes tipos

según el tipo de análisis que se vaya a realizar. Se corta a la mitad de la longitud de

onda deseada.




45

Electrodos: Conductor eléctrico a través del cual puede entrar o salir una corriente

eléctrica en contacto con el material piezoeléctrico.

Pequeña lámina: se coloca una pequeña lámina con una cierta impedancia entre el

material piezoeléctrico y la cara del cabezal (transductor). Se coloca con un grosor de ¼

de la longitud de onda y asegura que las ondas que salen del cabezal lo hagan en fase.

Material de apoyo de amortiguación: este material influye en el amortiguamiento del

transductor, debe tener una impedancia similar a la del material piezoeléctrico para

asegurar un amortiguamiento lo más eficaz posible, así el transductor tendrá un ancho

de banda más amplio y una mejor sensibilidad. A medida que la diferencia de

impedancia entre ambos materiales aumenta, la penetración aumenta pero la

sensibilidad irá disminuyendo.

Ante cualquier daño de estos dos últimos elementos puede darse una lectura errónea en

el análisis de ultrasonidos. Por ello se recomienda una adecuada manipulación de éstos.

Acoplantes:

Cuando la inspección es por contacto directo se requiere el uso de unos

acoplantes necesarios para transmitir las ondas ultrasónicas desde el transductor a la

superficie del material en estudio.

Algunos de los acoplantes más usados son: agua, aceites, grasas de petróleo, glicerina y

varias sustancias comerciales tipo pasta. Pueden ser líquidos, semilíquidos o pastosos,

pero todos deben cumplir una serie de requisitos, como son:




46

- Proporcionar un acoplamiento acústico positivo para una prueba confiable

(amplitudes de ecos de pared posterior consistentes).

- Mojar la superficie de la pieza de prueba y la cara del transductor, excluyendo el

aire entre ellas.

- Pueda ser fácilmente aplicado.

Cable coaxial:

Son los conectores entre el instrumento y el transductor, existen diversos tipos

según la funcionalidad de los transductores, el tamaño o frecuencia de paso.

Figura 3.4.16 Tipos de cables coaxiales

3.5. Obtención de datos y representación:

Existen principalmente tres tipos de representación de datos obtenidos tras la

transmisión del pulso ultrasónico y la recepción de su reflexión.

Los equipos más modernos son capaces de representar los tres tipos de inspecciones

simultáneamente.




47

Representación tipo A-scan:

Se representa la cantidad de energía recibida en función del tiempo,

situando en el eje vertical la cantidad relativa de energía reflejada y en el eje

horizontal el tiempo transcurrido, obteniendo con ello la profundidad.

Con este tipo de representación podemos estimar el tamaño de la discontinuidad

y su profundidad en función de la amplitud de la señal recibida comparándola

con un patrón.

Un ejemplo de representación de este tipo sería el siguiente, escaneando la pieza

de izquierda a derecha:

Figura 3.5.1 representación tipo A-scan de una estructura en estudio

En la representación podemos observar las diferentes discontinuidades

obtenidas, el primer pulso representa la superficie de contacto con el cabezal que

se capta en el momento inicial, tiempo cero, y aparecerá junto con la

discontinuidad A que representa la profundidad en ese momento con un tiempo

de captación proporcional a la profundidad de ésta en el material. Al desplazar el

cabezal a la derecha desaparecerá el pulso A y aparecerá el pulso BW

correspondiente a la superficie inferior.




48

Si avanzamos a la derecha se captará la discontinuidad B con un tiempo menor

que la A pues su profundidad desde la superficie es menor, el pulso BW no

desaparecerá puesto que parte de la energía emitida será captada por la

discontinuidad y otra parte por la superficie inferior, y ya por último

desaparecerá el pulso B y se captaría la discontinuidad C.

Las discontinuidades aparecen cuando el cabezal se encuentra en la misma

vertical que éstas.

Representación tipo B-scan:

La representación tipo B nos proporciona un perfil de la sección

trasversal de la pieza que se está analizando. En el eje vertical se representa el

tiempo, proporcional a la profundidad, y en el eje horizontal la posición del

cabezal sobre la superficie de la pieza.

Figura 3.5.2 Representación tipo B-scan de una estructura en estudio

Las líneas irán apareciendo a medida que se va desplazando el cabezal hacia la

derecha, únicamente la lía IP aparecerá siempre puesto que se debe al rebote de

la onda con la superficie de la pieza, lo que puede enmascarar discontinuidades

que se encuentren cerca de la superficie.




49

Una visión más concisa de este tipo de representación sería la siguiente:

Figura 3.5.3 detección de discontinuidades con una representación tipo B-scan

Representación tipo C-scan:

Se basa en la representación de una imagen superficial del objeto, así

ante cualquier discontinuidad que se encuentre en la zona de estudio mostrará

una indicación.

La amplitud de la señal de la onda es censada a intervalos regulares al mismo

tiempo que el cabezal es desplazado por toda la superficie a analizar. Dicha

amplitud es presentada utilizando una escala de grises o de colores en cada

posición proporcionando una imagen de las características reflejadas. Estos

equipos que usan una representación tipo C-scan son totalmente automáticos y

operan bajo la técnica de inmersión.

Se proyecta en un plano las discontinuidades internas pero no aporta

información de la orientación, profundidad o forma de la discontinuidad.

Figura 3.5.4 Representación tipo C-scan de discontinuidades dentro de tuberías




50

Figura 3.5.5 Moneda de ensayo e interpretación de defectos con una representación

tipo C-scan

Comparando estos tres tipos de representación podemos hacer una clara distinción de

unos y otros y el uso más adecuado para cada uno de ellos.

Con la representación tipo A-scan podemos analizar más en detalle la forma,

profundidad y orientación de la discontinuidad, en cambio no se puede obtener un

registro de resultados instantáneo.

Con la representación tipo B-scan podemos tener una visualización más permanente del

ensayo aunque el análisis que se obtiene de las discontinuidades es más escaso,

pudiendo obtener la ubicación y profundidad pero no la forma o tamaño de las

discontinuidades en estudio.

Y por último con la representación tipo C-scan podemos tener una exactitud en la

ubicación de las anomalías pero no de su forma o profundidad.




51

3.6.Tipos de ensayos:

El ensayo de ultrasonidos puede efectuarse mediantes distintos sistemas, en

general se estudia la amplitud con el tiempo, es decir, se analiza el tiempo que se tarda

en detectar la señal de una amplitud determinada, que puede ser controlada o ajustada

mediante sistemas electrónicos.

Algunos de estos sistemas que se emplean en ultrasonidos son:

Resonancia:

Este método se basa en la medida de la frecuencia de resonancia por

reflexión (formación de ondas estacionarias) y se emplea principalmente para

medición de espesores en piezas de superficies paralelas.

Si en una muestra de superficies paralelas de determinado espesor “e”, se

propaga un haz ultrasónico de excitación continua y de amplio espectro de

frecuencias, las correspondientes oscilaciones cuya semilongitud de onda sea un

submúltiplo del espesor de la muestra, se reforzarán al superponerse en fase,

debilitándose las restantes, dando lugar a un fenómeno de resonancia, es decir, a

la formación de ondas estacionarias.

En consecuencia, las oscilaciones características se podrán definir por el número

de semilongitudes de onda contenidas en el espesor de la pieza; por ejemplo, la

oscilación característica fundamental o primera, como la correspondiente a una

semilongitud de onda por espesor y la oscilación característica de orden n, como

la correspondiente a n semilongitudes de onda.

Podemos decir que el sistema de resonancia se basa en que cada espesor tiene

una frecuencia fundamental de resonancia.




52

Cuando se aplica esa frecuencia en forma de haz continuo de sonido a la pieza

de ensayo, se crean ondas estacionarias dentro de la pieza. Estas ondas

estacionarias causan un incremento en la amplitud de la señal de recepción.

Figura 3.6.1 Método de resonancia con distintas longitudes de onda

La ecuación característica para el cálculo del espesor por la técnica de

resonancia es la siguiente:

Siendo:

e= espesor

n= 1, 2, 3, etc.

= longitud de onda




53

Este tipo de ensayo no es muy adecuado para la detección de discontinuidades,

aunque si se podrían detectar discontinuidades como son laminaciones en

chapas. Tampoco resulta adecuado para la medida de pérdida de espesores por

corrosión o deterioro por agentes ambientales, solo si el ataque o desgaste es

uniforme, ya que las picaduras y cavidades debidas a la corrosión o cavitación,

alteran la condición de superficie plana reflectante, para este caso se utilizaría

los métodos de pulso-eco.

Transmisión:

Este procedimiento evalúa la parte del ultrasonido que se ha transmitido a

través de la pieza a ensayar.

En este sistema de ensayo se requiere de dos palpadores o dos cristales, donde

un cristal actúa solamente de emisor y el orto como receptor. A un lado de la

pieza se aplica el emisor y al otro el receptor, deben estar bien alineados de tal

forma que la emisión ultrasónica se transmita a través del material y sea

detectada por el receptor.

En presencia de un defecto la intensidad sonora en el receptor disminuye a causa

de la reflexión parcial o se hace nula en caso de reflexión total. Lo mismo da que

se emplee sonido continuo o impulsos de sonido para el ensayo ya que el emisor

y el receptor se encuentran separados entre sí.

En este tipo de ensayo se suele medir la intensidad acústica aunque también se

hace posible medir conjuntamente la intensidad acústica con el tiempo de

recorrido.

El ensayo que mide la intensidad acústica es el más antiguo de todos los

métodos de ensayo de materiales por ultrasonido, mide la intensidad acústica de

un haz ultrasónico que atraviesa el material.




54

Realmente mide la amplitud de la presión acústica que llega al receptor

piezoeléctrico, pero existe una relación entre ambas características según la

linealidad del equipo con el amplificador.

Este tipo de medida se emplea principalmente en el ensayo por transmisión, con

dos palpadores, uno es el emisor y el otro, colocado en el lado opuesto de la

muestra, es el receptor.

Figura 3.6.2 Representación de discontinuidades con el método de transmisión

También se pueden adoptar otras disposiciones si la muestra solo es accesible

por una de las caras aprovechando la reflexión del haz ultrasónico en la cara

opuesta de la pieza en ensayo.

Figura 3.6.3 Ensayo de transmisión indrecta




55

Pero la medida de la intensidad acústica tiene una desventaja, no se puede saber

exactamente la posición de las discontinuidades que se detecten.

Una visualización de la representación de posibles discontinuidades que se

pueden hallar con el método de transmisión sería el siguiente:


alteraciones de medida con el método de transmisión




56

También existen equipos de medida conjunta de la intensidad acústica y el

tiempo de recorrido, pero éstos están más concebidos para ser aplicados por el

método pulso-eco.

Existen distintas formas de transmisión según las posiciones relativas de los dos

transductores: transmisión directa se trata de una onda longitudinal o de

compresión, transmisión semidirecta es una onda transversal de cortante, y por

una transmisión superficial es una onda de Rayleig.

Figura 3.6.5 Distintas distribuciones de los transductores en la transmisión de

ultrasonidos

Pulso-eco:

Este ensayo se basa en la emisión de pulsos ultrasónicos de corta

duración y a una frecuencia definida. Este procedimiento utiliza la porción

reflejada del sonido para evaluar los defectos.

El receptor, puede formar o no una misma unidad con el emisor, recoge el eco

del reflector transformándolo en la indicación correspondiente, por lo que opera

siempre por reflexión.




57

Si la superficie reflectante se encuentra perpendicular a la dirección de

propagación de la onda, esta se refleja en su dirección primitiva y, al cabo de un

tiempo llega de vuelta al oscilador siendo reconvertida en un impulso eléctrico.

Pero no toda la energía que regresa es reconvertida, sino que en la interfaz entre

el cabezal y la superficie de la pieza tiene lugar una nueva reflexión, por lo que

una parte menor del sonido vuelve a atravesar la pieza por segunda vez y así

sucesivamente.

Figura 3.6.6 Representación de superficies con el método de pulso-eco

Debe tenerse en cuenta que no solamente las superficies límites generan ecos

múltiples sino que también los defectos lo hacen.




58

Figura 3.6.7 Representación de superficies y defectos con el método pulso-eco

Existen dos formas de medida, una que sólo mide el tiempo de recorrido del haz

ultrasónico y otra forma con más amplitud de aplicación es la medida conjunta

del tiempo de recorrido y la intensidad acústica. Sea cual sea la forma de

medida, siempre se requiere utilizar la excitación por pulsos y no excitación

continua, puesto que la formación de ondas estacionarias y la superposición

continua de señales impedirían la medida del tiempo de recorrido y con ello las

indicaciones propias.

El método de medida del tiempo de recorrido del haz ultrasónico se emplea

principalmente para el estudio de espesores de los materiales, los equipos miden

el tiempo que tarda el impulso acústico en recorrer un espesor dado de material y

se suele representar, traducida directamente a espesor de material, por un




59

indicador de sistema digital. Algunos equipos en lugar de medir el espesor,

determinan la velocidad acústica aunque son menos utilizados.

Estos equipos disponen de amplificador de ganancia automática que controla el

nivel de señal, así se evita problemas de pérdidas de indicación por efecto de

mal acoplamiento o excesiva atenuación del material. Cuando las señales no

alcanzan un determinado nivel, no se amplifica y el equipo no proporciona

indicación, y de igual modo, toda señal que rebasa el umbral mínimo, se

amplifica hasta alcanzar un valor prefijado y constante, así los errores por altura

de señal quedan reducidos.

En la actualidad, estos equipos para medición de espesores por ultrasonidos han

adquirido un gran desarrollo, y su aplicación se ha extendido a numerosas

industrias, principalmente a aquellas que requieren un control de mantenimiento

periódico de sus instalaciones por problemas de corrosión.

Por otra parte existen los equipos de medida de la intensidad acústica y el

tiempo de recorrido. Éstos emiten impulsos acústicos cortos, a intervalos

constantes, de manera que se obtiene una respuesta periódica función del tiempo

de recorrido del impulso acústico desde el oscilador emisor al cristal

piezoeléctrico receptor, igual que en el caso anterior donde solo se medía el

tiempo de recorrido.

El impulso acústico recibido, procedente de su reflexión en una discontinuidad o

en una superficie límite de la muestra, se transforma en una señal o impulso

eléctrico, que se visualiza en la pantalla con una altura proporcional a la presión

acústica del eco.




60


alteraciones de medida con el método pulso-eco




61

3.7. Comparación con otras técnicas:

Las pruebas no destructivas PND son la aplicación de métodos físicos indirectos,

como es la transmisión del sonido, la opacidad al paso de la radiación, etc., y que tienen

la finalidad de verificar la sanidad de las piezas examinadas.

No obstante, cuando se aplica este tipo de pruebas no se pretende determinar las

propiedades físicas inherentes de las piezas, sino verificar su homogeneidad y

continuidad. Por lo tanto, estas pruebas no sustituyen a los ensayos destructivos, sino

que más bien los complementa.

Las pruebas no destructivas, como su nombre lo indica, no alteran de forma permanente

las propiedades físicas, químicas, mecánicas o dimensiónales de un material. Por ello no

inutilizan las piezas que son sometidas a los ensayos y tampoco afectan de forma

permanente las propiedades de los materiales que las componen. De acuerdo con su

aplicación, los ensayos no destructivos se dividen en:

a) Técnicas de inspección superficial.

b) Técnicas de inspección volumétrica.

c) Técnicas de inspección de la integridad o hermeticidad.

Algunas técnicas no destructivas que se podrían comparar son las siguientes:

Partículas magnéticas

La inspección por partículas magnéticas permite detectar

discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferro-magnéticos.

Se selecciona usualmente cuando se requiere una inspección más rápida que con

los líquidos penetrantes.

El principio del método es la formación de distorsiones del campo magnético o

de polos cuando se genera o se induce un campo magnético en un material

ferromagnético; es decir, cuando la pieza presenta una zona en la que existen




62

discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, éste se

deforma o produce polos. Las distorsiones o polos atraen a las partículas

magnéticas, que fueron aplicadas en forma de polvo o suspensión en la

superficie sujeta a inspección y que por acumulación producen las indicaciones

que se observan visualmente de manera directa o bajo luz ultravioleta.

Figura 3.7.1 Comportamiento de las fuerzas magnéticas

Figura 3.7.2 Ensayo realizado con partículas magnéticas

Esta técnica es fácilmente comparable con la técnica de líquidos penetrantes,

siendo algunas ventajas las siguientes:

- Requiere de un menor grado de limpieza.

- Generalmente es un método más rápido y económico.

- Puede revelar discontinuidades que no afloran a la superficie.

- Tiene una mayor cantidad de alternativas.




63

Pero también tiene una serie de limitaciones, como son:

- Son aplicables sólo en materiales ferro-magnéticos.

- No tienen gran capacidad de penetración.

- El manejo del equipo en campo puede ser caro y lento.

- Generalmente requieren del empleo de energía eléctrica.

- Sólo detectan discontinuidades perpendiculares al campo

Líquidos penetrantes:

La inspección por líquidos penetrantes es empleada para detectar e

indicar discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales

examinados. Consiste en aplicar un líquido coloreado o fluorescente a la

superficie a examinar, el cual penetra en las discontinuidades del material debido

al fenómeno de capilaridad. Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de

penetrante y se aplica un revelador, el cual generalmente es un polvo blanco, que

absorbe el líquido que ha penetrado en las discontinuidades y sobre la capa de

revelador se delinea el contorno de ésta.

Figura 3.7.3 Visualización de fisuras tras el procedimiento con líquidos

penetrantes




64

Figura 3.7.4 Procedimiento de detección de fisuras con líquidos penetrantes

Las ventajas generales de los líquidos penetrantes son:

- La inspección por Líquidos Penetrantes es extremadamente sensible a las

discontinuidades abiertas a la superficie.

- La configuración de las piezas a inspeccionar no representa un problema

para la inspección.

- Son relativamente fáciles de emplear.

- Brindan muy buena sensibilidad.

- Son económicos.

- Son razonablemente rápidos en cuanto a la aplicación, además de que el

equipo puede ser portátil.

- Se requiere de pocas horas de capacitación de los Inspectores.

Y sus limitaciones son:

- Sólo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos.

- Se requiere de una buena limpieza previa a la inspección.

- No se proporciona un registro permanente de la prueba no destructiva.

- Los Inspectores deben tener amplia experiencia en el trabajo.

- Una selección incorrecta de la combinación de revelador y penetrante puede

ocasionar falta de sensibilidad en el método.

- Es difícil quitarlo de roscas, ranuras, huecos escondidos y superficies

ásperas.




65

Radiografía industrial:

La inspección por esta técnica se define como un procedimiento de

inspección no destructivo de tipo físico, diseñado para detectar discontinuidades

macroscópicas y variaciones en la estructura interna o configuración física de un

material. Normalmente se obtiene una imagen de la estructura interna de una

pieza o componente, debido a que este método emplea radiación de alta energía,

que es capaz de penetrar materiales sólidos. Así el propósito principal de este

tipo de inspección es la obtención de registros permanentes para el estudio y

evaluación de discontinuidades presentes en dicho material.

Figura 3.7.5 Radiografía de una tubería industrial

Continuamente se realizan nuevos desarrollos que modifican las técnicas

radiográficas aplicadas al estudio no sólo de materiales, sino también de partes y

componentes; todo con el fin de hacer más confiables los resultados durante la

aplicación de la técnica.

El principio físico en el que se basa esta técnica es la interacción entre la materia

y la radiación electromagnética, siendo esta última de una longitud de onda muy

corta y de alta energía. Durante la exposición radiográfica, la energía de los

rayos X o gamma es absorbida o atenuada al atravesar un material. Esta

atenuación es proporcional a la densidad, espesor y configuración del material

inspeccionado. La radiación que logra traspasar el objeto puede ser registrada

por medio de la impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente

se somete a un proceso de revelado para obtener la imagen del área




66

inspeccionada; o bien, por medio de una pantalla fluorescente o un tubo de

video, para después analizar su imagen en una pantalla de televisión o grabarla

en una cinta de video.

En términos generales, es un proceso similar a la fotografía, con la diferencia

principal de que la radiografía emplea rayos X o rayos Gamma y no energía

luminosa.

En la actualidad, dentro del campo de la industria existen dos técnicas

comúnmente empleadas para la inspección radiográfica:

- Radiografía con rayos X.

- Radiografía con rayos gamma.

Las ventajas de la radiografía industrial son:

- Es un excelente medio de registro de inspección.

- Su uso se extiende a diversos materiales.

- Se obtiene una imagen visual del interior del material.

- Se obtiene un registro permanente de la inspección.

- Descubre los errores de fabricación y ayuda a establecer las acciones

correctivas.

Y algunas de las limitaciones son:

- No es recomendable utilizarla en piezas de geometría complicada.

- No debe emplearse cuando la orientación de la radiación sobre el objeto sea

inoperante, ya que no es posible obtener una definición correcta.

- La pieza de inspección debe tener acceso al menos por dos lados.

- Su empleo requiere el cumplimiento de estrictas medidas de seguridad.

- Requiere personal altamente capacitado, calificado y con experiencia.

- Requiere de instalaciones especiales como son: el área de exposición, equipo

de seguridad y un cuarto oscuro para el proceso de revelado.




67

- Las discontinuidades de tipo laminar no pueden ser detectadas por este

método.

Tomografía ultrasónica, sónica o de radar:

De todas las aplicaciones no destructivas las técnicas tomográficas son

bastante atractivas por la alta resolución que puede obtenerse.

La tomografía, desarrollada en medicina y en otros campos, muestra ser una

herramienta a tener en cuenta para ofrecer representaciones en dos y tres

dimensiones de las características físicas de un sólido. La tomografía reproduce

la estructura interna de un objeto a partir de medidas recogidas desde su

superficie externa.

Esta técnica está estrechamente vinculada con la técnica de ultrasonidos puesto

que los datos de los ensayos ultrasónicos pueden ser empleados como datos de

entrada de un algoritmo de reconstrucción tomográfica para proporcionar una

representación de las propiedades internas de una determinada sección.

Se puede decir que la tomografía ultrasónica es una técnica que complementa a

la técnica de ultrasonidos.

Defectos internos como vacíos, grietas y deterioro pueden ser localizados y

tallados mediante la imagen tomográfica.

El resultado de la técnica tomográfica es un mapa de una propiedad del

material. En el caso de optar por una tomografía de tiempo de viaje (TT) la

magnitud medida es el tiempo de viaje de una señal y el mapa obtenido se asocia

con la distribución de la velocidad de propagación dentro del objeto. En el caso

de la tomografía de amplitud (AT) la magnitud medida es la amplitud de la señal

y el mapa se relaciona con la distribución del coeficiente de absorción.

Las técnicas de análisis tomográfico envuelven un considerable esfuerzo para

adquirir el extenso conjunto de datos requerido. Una distribución típica de las




68

trayectorias de los rayos y la reconstrucción tomográfica de la velocidad se

muestra en la figura siguiente:

Figura 3.7.6 Representación de un ensayo tomográfico




69

3.8.Equipo:

Los equipos de ultrasonidos se constituyen principalmente de un sistema de

generación, un amplificador de señal, un generador barrido y un sincronizador, todo ello

hace posible la detección de discontinuidades por emisión y recepción de pulsos o

señales ultrasónicas.

Figura 3.8.1 Esquema del ensayo completo de ultrasonidos

El generador de pulsos induce un pulso eléctrico al transmisor de pulsos el cual excita al

cristal del cabezal, éste oscila, emitiendo un impulso acústico. Simultáneamente, se

inicia el barrido de la pantalla. La primera indicación es la denominada señal inicial o

señal de emisión y se forma a la vez que el impulso eléctrico de alta frecuencia llega al

cristal, es el origen de la base de tiempo de la escala.

Así el generador de control de tiempo de barrido, controla la generación de tiempo de

voltaje de deflexión horizontal en la pantalla del TRC y simultáneamente genera la

señal de sincronización que induce el impulso eléctrico de alta frecuencia.

El impulso acústico recorre el material, se refleja en la superficie opuesta de la muestra

y llega al cristal el cual, a su vez, lo transforma en un impulso eléctrico de pequeño

voltaje, que después de pasar por el amplificador de señal, se aplica a las placas de

deflexión vertical del tubo de rayos catódicos, TRC.

Las deflexiones verticales se producen cada vez que el cabezal está sujeto a una tensión

eléctrica propia de la recepción.




70

Cuando se opera con cabezales de doble cristal el transmisor se encuentra separado del

receptor, por lo tanto estos ambos cristales poseen cables y conexiones diferentes. En

estos casos los equipos poseen circuitos de protección que aseguran que los altos

voltajes del transmisor no dañen al receptor.

Existen diversos formatos de equipos de ultrasonidos, y hoy en día, todos ellos son cada

vez más compactos y livianos, favorable para su utilización. A su vez la construcción

modular permite intercambiar cabezales con distintos equipos y pantallas de

visualización, así como la utilización de múltiples cabezales.

Algunos de los equipos que nos podemos encontrar para la técnica de ultrasonidos son:

- Equipos para la medición de soldaduras:

Figura 3.8.2 Equipo requerido para la medición de soldaduras en tuberías

industriales




71

- Equipos para la medición de espesores:

Figura 3.8.3 Distintos equipos de medición de espesores

- Equipos con osciloscopios incorporados:

Figura 3.8.4 Equipo de ultrasonidos con osciloscopio incorporado




72

- Equipo automático controlado por computadora (técnica de inmersión):

Figura 3.8.5 Ensayo de inmersión en laboratorio

- Equipo de detección de laminación en materiales compuestos:

Figura 3.8.6 Detección de laminación en materiales




73

3.9. Calibración de los sistemas ultrasónicos:

La calibración de los equipos ultrasónicos es necesaria para la determinación de

las características de operación del equipo ultrasónico o para establecer una

reproducción de los ecos de indicación de respuesta del instrumento durante los ensayos

en piezas o muestras.

Se denominan “bloques de calibración” a los bloques utilizados para determinar las

características de operación de un equipo ultrasónico o para establecer una reproducción

de las condiciones de ensayo, y “bloques de referencia” a los bloques empleados para

comparar la altura de un eco de discontinuidad artificial creada en el bloque patrón.

En lo que respecta la calibración del equipo hay que diferenciar, primeramente la

electrónica del equipo que se debe calibrar para asegurar su funcionamiento y diseño.

Esta operación generalmente es realizada por el fabricante y luego hay una calibración

que se debe realizar por el usuario previo al ensayo.

Esta última calibración incluye el setup del equipo, del cabezal, y el testeo del setup

para validar los niveles deseados de precisión.

Figura 3.9.1 Calibración del equipo de ultrasonidos




74

En cuanto a la calibración con patrones de referencia, estos son utilizados para

establecer un nivel general de consistencia en la medición y ayudar a interpretar y

cuantificar la información adquirida.

Son necesarios también, para validar que el instrumento y el setup realizado, proveen

resultados similares sin importar el tiempo y que se puede reproducir lo mismo con un

sistema diferente.

También estos patrones nos ayudan a estimar el tamaño de las imperfecciones, se utiliza

un patrón de referencia con una imperfección artificial inducida a aproximadamente la

misma distancia del cabezal en el material para determinar el tamaño aproximado de

dicha fisura, comparando ambas señales.

Cabe destacar que el material del patrón a utilizar debe ser el mismo que el material a

inspeccionar, puesto que es necesario reproducir las mismas condiciones de atenuación

del sonido, tamaño de grano, tratamiento térmico, configuración y características

generales presentes en el material de la pieza de ensayo.

- Patrones de discontinuidades:

Figura 3.9.2 Patrones empleados como referencia para piezas de ensayo




75

Figura 3.9.3 Medición de discontinuidades en patrones de referencia

- Patrones de espesores:

Figura 3.9.4 Medición de espesores en patrones de referencia




76

4. APLICACIONES

4.1. Aplicaciones generales:

El ultrasonido es una técnica no destructiva que se basa en la generación de

ondas acústicas con campo de frecuencias superior a las ondas sonoras, pero de idéntica

naturaleza. Por los fenómenos que provocan su propagación en los sólidos, líquidos y

gases y debido al desarrollo de los sistemas de generación de vibraciones ultrasónicas,

han dado lugar a numerosas aplicaciones técnicas y científicas.

Numerosos son los factores que intervienen en los ultrasonidos y son claves para el

estudio de sus aplicaciones: frecuencia, potencia radiada, duración de las radiaciones,

pérdidas en el medio, etc. También hay que considerar los efectos sobre el medio:

desplazamiento de las partículas, presión acústica, etc.

Algunas aplicaciones de la técnica de ultrasonidos en distintas disciplinas pueden ser:

Medicina y biología:

En la medicina se aplica para la diagnosis, exploraciones en el cuerpo. La técnica más

conocida es la ecografía. Se introducen ultrasonidos a través de la piel en el organismo

del paciente (baja intensidad). Estos se reflejan a medida que vayan pasando de unos

medios a otros y los ecos son procesados para mostrarlos finalmente por pantalla. Se

debe aplicar un gel sobre la piel antes de producir los ultrasonidos, puesto que este gel

sirve a modo de acoplamiento de impedancias para evitar la reflexión excesiva del

ultrasonido en la propia superficie de la piel. Dado que lo que se está emitiendo son

pulsos ultrasónicos, en la práctica se habla de métodos diagnósticos del eco pulsado, los

cuales pueden ser de cinco tipos:

Scan A: Sistema de eco pulsado compuesto por un generador, que

simultáneamente estimula el transmisor y el generador de barrido, y un receptor,

que recoge los ecos devueltos.




77

Scan B: Se trata simplemente de una agrupación de líneas A y se utiliza para

representar una sección anatómica del paciente.

Modo M: Se utiliza para estudiar movimientos de órganos, especialmente del

corazón (ecocardiogramas). Un registro de tiempo-posición representa cómo

varía una línea de eco A en función del tiempo.

Técnicas Doppler: Cuando el haz sonoro rebota en una superficie inmóvil, la

frecuencia del haz reflejado es la misma que la del haz transmitido, pero si la

superficie se mueve, el ultrasonido reflejado tendrá diferente frecuencia que el

emitido (efecto Doppler). Esto se puede analizar para estudiar dicho

movimiento.

Técnica real time: Simplemente se trata de obtener imágenes en modo B a una

frecuencia de 40 por segundo. En ese caso, el ojo humano percibe una imagen en

movimiento.

Lo más novedoso en esta materia es la creación de ecografías tridimensionales, que se

caracterizan por ser imágenes de gran calidad y en color. Este tipo de ecografías ayudan

a la detección precoz de malformaciones y defectos genéticos.

Figura 4.1.1 Ecografía en 3D




78

Los ultrasonidos también poseen propiedades terapéuticas. Continuamente se realizan

investigaciones para el desarrollo de esta técnica en la medicina y biología.

Figura 4.1.2 Empleo de la técnica de ultrasonidos para detectar imperfecciones en los

huesos

Tratamiento de productos alimenticios:

Desde hace unos años, se han venido desarrollando numerosas técnicas para el

tratamiento de los alimentos. Frente a los métodos tradicionales, como la refrigeración,

el ahumado, la pasteurización,... se están imponiendo otros nuevos como las altas

presiones o los ultrasonidos.

La aplicación de ultrasonidos en este campo está en investigación y se le denomina

procesado mínimo, puesto que la idea es destruir los microorganismos que dañan los

alimentos pero sin cambiar la apariencia externa de los mismos. Lo que hacen las ondas

ultrasónicas es destruir la membrana celular de estos organismos, eliminándolos así. De

todas formas, esta técnica no es válida para cualquier producto puesto que algunos

conducen muy bien los ultrasonidos y otros no.




79

Figura 4.1.3 Microorganismos en estudio por la técnica de ultrasonidos

Figura 4.1.4 Ensayo de laboratorio para el estudio de rotura de membranas de

microorganismos con ultrasonidos

Últimamente se está investigando también en la aplicación de ultrasonidos a la

purificación del agua. Mediante el fenómeno de la cavitación, logrando que se

produzcan burbujas y que éstas colisionen limpiando la suciedad de los filtros, así se

obtiene un excelente método para depurar el agua.




80

Las técnicas ultrasónicas también tienen su aplicación en el cálculo del porcentaje de

grasa de un alimento. Esto se debe a que hueso, músculo y grasa poseen impedancias

acústicas distintas.

Aplicaciones físicas:

Las aplicaciones físicas de los ultrasonidos se centran, esencialmente en la medida de

las propiedades elásticas y las condiciones de propagación de ultrasonidos en los

sólidos. Otras aplicaciones se centran en el estudio de explosiones, determinación de las

propiedades físicas de líquidos y gases, localización de baches de aire (fundamental

para la navegación aérea).

Figura 4.1.5 Medición de la velocidad de ultrasonidos en la madera




81

Aplicaciones químicas:

Su principal función aquí es la de activar ciertos compuestos con el fin de acelerar las

reacciones químicas en los procesos de fabricación de materiales organometálicos.

Figura 4.1.6 Ensayos de ultrasonidos para la aceleración de reacciones químicas

Aplicaciones técnicas

La utilización de los ultrasonidos en la industria es variada. Podemos encontrar

detectores de defectos en piezas metálicas, medición de espesor de las mismas, etc.

Figura 4.1.7 Equipos de ultrasonidos industriales




82

Quizá una de las aplicaciones más importantes en este sentido sea la soldadura de

plásticos por ultrasonidos. Las frecuencias de trabajo se sitúan entre los 20 y 40 KHz y

la potencia es del orden de algunos miles de vatios.

Guiado y sondeo

Una de las principales aplicaciones de los ultrasonidos es la que tiene que ver con los

sensores para guiado y sondeo. Como es el estudio de la acústica submarina, aplicado

en el sondeo del fondo del mar, navegación de submarinos, detección de bancos de

pescado, etc.

En este campo se usa un dispositivo de ultrasonidos llamado, sónar. Este aparato se basa

en el principio del radar para poder estudiar el espacio marino y detectar obstáculos en

la trayectoria de submarinos, bancos pesqueros, icebergs, etc. La utilización de

ultrasonidos es fundamental puesto que las ondas electromagnéticas (características del

radar convencional) no admiten propagación por el agua.

Figura 4.1.8 Sónar empleado en los barcos




83

También se dan muchas aplicaciones en el guiado de robots con navegación autónoma.

El funcionamiento genérico es bastante simple: se trata de emitir pulsos ultrasónicos y

contar el tiempo que tardan en regresar. De este modo, conociendo la velocidad de

propagación, se puede estimar la distancia recorrida por la onda (ida y vuelta al

obstáculo).

Figura 4.1.9 Ultrasonidos en los robots

Este uso de los ultrasonidos a modo de radar es utilizado también por animales,

concretamente por los murciélagos, cuyo sentido del oído está muy desarrollado,

llegando incluso a escuchar frecuencias cercanas a los 100 KHz. La idea es que estos

animales emiten pulsos ultrasónicos que rebotan en los objetos de alrededor.

Los ecos son procesados y el murciélago puede llegar a tener una verdadera visión

tridimensional del ambiente.

Figura 4.1.10 Ultrasonidos en animales




84

4.2. Conservación y estudio estructural del patrimonio cultural:

La conservación del patrimonio cultural está considerada como un principio

fundamental en la vida cultural de las sociedades modernas. En los últimos años, se han

realizado extensas investigaciones en torno a esta área, conduciendo a desarrollos en la

inspección, en ensayos no destructivos, en la monitorización y análisis estructural de

monumentos.

No obstante la comprensión, el análisis y la reparación de construcciones históricas

continúa siendo uno de los desafíos más importantes de las técnicas modernas.

Figura 4.2.1 Castillo medieval en estudio

El análisis de construcciones antiguas presenta importantes desafíos debido a la

complejidad de su geometría, la variabilidad de las propiedades de los materiales

tradicionales, las diferentes técnicas de construcción, la ausencia de conocimiento sobre

los daños existentes, de cómo afectan determinadas acciones a las construcciones a lo

largo de su vida y a la falta de códigos. Además, las restricciones en la inspección y la

falta de ejemplos de edificios de valor histórico, así como los altos costes necesarios en

la diagnosis y en la inspección, a menudo derivan en una reducción de la información




85

relativa a los sistemas de construcción interna o de las propiedades de los materiales

existentes.

Los métodos no destructivos son, de hecho, necesarios para obtener las características

mecánicas necesarias para el análisis y comprensión del comportamiento mecánico de

las construcciones históricas, así como, para validar el análisis en sí mismo.

La técnica de ultrasonidos es de gran utilidad en la determinación de propiedades

metalúrgicas y mecánicas de los materiales, como puede ser la determinación del

tamaño de grano o de propiedades elásticas.

Estas aplicaciones se pueden agrupar en dos áreas, una en las que se emplea la energía

de ultrasonidos para el estudio de las propiedades del material y otra para poner de

manifiesto las condiciones físicas o geométricas de alguna pieza.

Pero una de las utilidades más importantes es como técnica de control de calidad en

cuanto a la detección de discontinuidades, medición de espesores, etc.

Para la evaluación total de una estructura se deben realizar análisis tanto in situ como en

el laboratorio. En cada uno de estos campos se evalúan una serie de propiedades y

características del material que hacen posible la rehabilitación posterior del edificio o

monumento.

A continuación se detalla las técnicas empleadas in situ y en el laboratorio.




86

4.2.1. Técnicas in situ:

La evaluación de edificios existentes mediante investigaciones no destructivas in

situ, es principalmente el estudio más directo y aporta la mayor parte de la información

necesaria. Las aplicaciones de la técnica de ultrasonidos in situ pueden ser empleadas

para varios propósitos: detección de elementos estructurales ocultos, detección de

huecos y defectos, realización de mapas de heterogeneidad de materiales, evaluación de

la extensión de daños mecánicos, evaluación del contenido de humedad y ascensión

capilar, evaluación de las propiedades mecánicas y físicas de morteros, piedras o

ladrillos, etc.

La principal característica de estos métodos es su capacidad de investigar un lugar o

estructura sin invadirla. Como es obvio, debería darse preferencia a las técnicas no

destructivas minimizando el empleo de las que tienen un carácter destructivo,

especialmente cuando los edificios poseen un alto grado de deterioro, o están dotados de

una estética o una antigüedad que justifica su no alteración.

Los métodos empleados en la rehabilitación del patrimonio son siempre de contacto

directo ya que los de inmersión son inviables para estos ensayos.

Figura 4.2.1.1 Edificio del patrimonio cultural en proceso de estudio




87

Antes de iniciar una inspección por ultrasonidos, es necesario definir los siguientes

parámetros, a fin de hacer una correcta selección del equipo de trabajo:

Qué tipo de medida se va a realizar: discontinuidades, espesores,…

Cuál es el tipo de discontinuidad que puede encontrarse.

Qué extensión y orientación puede tener en la pieza.

Qué tolerancias se pueden aplicar para aceptar o rechazar la indicación.

Todas las normas exigen que el instrumento de inspección ultrasónica sea revisado y, en

caso necesario, recalibrado por un taller de servicio autorizado por el fabricante. Es

también importante tener en cuenta que antes de adquirir un equipo, es recomendable

visitar al proveedor y comprobar que cuenta con la licencia por parte del fabricante para

dar el servicio de mantenimiento preventivo y correctivo al equipo.

A continuación se deben seleccionar el palpador y el cable coaxial a ser empleados: Los

cables son del tipo coaxial para prevenir problemas de interferencia eléctrica y sus

conexiones deben ser compatibles con las del instrumento y el transductor a emplear.

Las normas establecen las condiciones mínimas que deben cumplir los transductores.

Utilizando una pieza de referencia que cuente con una discontinuidad artificial o natural

de tamaño conocido, es posible calibrar el equipo y así calcular aproximadamente el

tamaño de las discontinuidades detectadas.

Una vez seleccionado el equipo más adecuado se debe estudiar la frecuencia a emplear.

La frecuencia óptima se elige considerando los requerimientos de atenuación y de

resolución para obtener una combinación razonable de los dos parámetros limitantes.




88

Unos rangos habituales de frecuencia, en función del material a estudiar, podrían ser los

siguientes:

Metales: 15 MHz. En metales (materiales de grano pequeño) es necesario

emplear altas frecuencias y cortas longitudes de onda, lo que supone que el haz

sea prácticamente recto, lo que le confiere gran poder resolutivo.

Figura 4.2.1.2 Ensayo de ultrasonidos a el Giraldillo de Sevilla

Hormigones y madera: 45-54 KHz. En hormigones (materiales de grano

relativamente grueso) es necesario que la longitud de onda sea mayor que el

grano para que las oscilaciones no se reflejen en las interfases entre granos, lo

cual conlleva a tener menor poder resolutivo.

Figura 4.2.1.3 Ensayo de ultrasonidos en madera




89

En materiales altamente heterogéneos es preferible emplear un pulso sónico con

una frecuencia alrededor de los 3,5 kHz. Los ultrasonidos no están indicados en

estos casos.

Tras seleccionar la frecuencia adecuada, ya se puede llevar a cabo el análisis ultrasónico

in situ.

Se suele emplear el método de la transmisión, principalmente la transmisión indirecta

por la facilidad de uso.

Algunas de las diferentes medidas que se pueden estudiar in situ son las siguientes:

4.2.1.1.Medición de espesores:

La medición de espesores se realiza principalmente con dos objetivos:

- Chequeo de los espesores de la estructura para estudios posteriores.

- En mantenimiento; conocer el desgaste progresivo (pérdida de espesor) debido a

la corrosión, erosión, etc., en la estructura.

La técnica que se utiliza para la medición de espesores es la resonancia, por ello se

deben realizar calibraciones sucesivas de acuerdo con los diferentes espesores a medir.

Pero la resonancia tiene una limitación para esta aplicación y es que el espesor del

material tiene que ser igual a un número entero en el que se repite la mitad de la

longitud de onda.

Así cuando los espesores sufren algún desgaste irregular, por efectos corrosivos o

erosivos, es muy difícil su chequeo.




90

Figura 4.2.1.1.1 Medición de espesor por pulso-eco

Por ello se hace uso también del sistema pulso-eco, con esta técnica se llega a conseguir

medidas de espesores fiables. La medición se realiza con palpadores emisión-receptor,

adquiriendo una gran precisión. El equipo mide el tiempo que tarda la onda en atravesar

el material. Por lo tanto, conociendo el tiempo y la velocidad, es posible calcular el

espacio recorrido, será el doble de su espesor.

Un ejemplo de aplicación de la medición de espesores en el patrimonio cultural puede

ser el ensayo realizado en un proyecto de SCANBLOCK “Implementación y

Evaluación de un Sistema automatizado e alta resolución basado en inspección e

imágenes ultrasónicas para la localización de defectos internos en bloques de roca

ornamental”, llevado a cabo por la empresa OMPN, en 2004.

Figura 4.2.1.1.2 Ensayo en roca ornamental para el cálculo de la porosidad




91

4.2.1.2.Inspección de grietas, fisuras y cavidades internas:

La longitud de onda del ultrasonido tiene un papel muy importante en la

probabilidad de detección de grietas y discontinuidades internas. A menor longitud de

onda se produce un aumento en la frecuencia lo cual mejora la detección de pequeñas

discontinuidades, debido a que la discontinuidad debe ser mayor que la mitad de la

longitud de onda para ser capaz de detectarla.

En efecto la existencia de defectos como son las grietas, fisuras o cavidades pueden

detectarse midiendo el tiempo de propagación de la onda cuando los transductores están

colocados de tal forma que la trayectoria de la onda pasa por el defecto.

El impulso no puede propagarse a través el aire, pues la presencia del defecto obliga la

onda a rodearlo, eso aumenta la longitud de recorrido de dicha onda en el material que

se ensaya. Se registrará un tiempo de recorrido mayor que en el material sano, es decir,

sin discontinuidad, por lo que la velocidad estimada será menor.

Esto se aplica tanto a la detección de grietas como de discontinuidad internas, como

pueden ser pequeñas o grandes cavidades.

Cuando la cavidad tiene un área más grande que el área de las caras de los

transductores, el primer pulso en llegar al transductor de recepción habrá sido difractado

alrededor de la periferia del defecto y el tiempo de tránsito será más largo que en la

piedra sin defecto.

Figura 4.2.1.2.1 Detección de fisuras por transmisión indirecta




92

Pero debe tenerse en cuenta que los defectos pequeños tienen a menudo poco o nada de

efecto en los tiempos de la transmisión.

En cambio una cavidad grande puede ser detectada midiendo los tiempos de tránsito de

los pulsos que pasan entre los transductores, cuando se ponen en posiciones

convenientes, de modo que la cavidad desvirtúe el camino directo entre ellos.

El tamaño y la posición de tales cavidades pueden ser estimada si se asume que los

pulsos pasan a lo largo del camino más corto entre los transductores y alrededor de la

cavidad.

Si el área proyectada de la cavidad es más pequeña que el diámetro de los transductores,

la cavidad no se puede detectar solamente por la medida del tiempo de tránsito.

Como las ondas de compresión longitudinal se propagan a través el agua, este método

será solo aplicable para fisuras secas. La velocidad del impulso a través de una fisura o

cavidad llena de agua es menor que la velocidad a través la misma fisura seca. Como

consecuencia se observara también una atenuación de la velocidad en las fisuras llenas

de agua.

Se detectan fisuras si la velocidad de propagación de la onda en el material sano es

conocida, y si el material alrededor de la cavidad tiene una densidad uniforme.

Figura 4.2.1.2.2 Cálculo de la longitud de fisuras

Puede ser necesario obtener la profundidad de una grieta superficial, visible en el

material de estudio.




93

Una estimación de la profundidad se puede calcular utilizando una medida indirecta

obteniendo el tiempo de propagación a través de la grieta para dos posiciones distintas

de los palpadores colocados en la superficie alterada.

Si se conoce el tiempo de recorrido del impulso en el material sano sin grietas, es

posible hacer una sola medida eligiendo un valor de x. Haciendo la hipótesis de

trayectorias rectas desde los transductores hasta el punto final de la grieta, la

profundidad c de la grieta viene dado por:

√

Siendo:

el tiempo de propagación a través del material sano

el tiempo de propagación a través del material con grieta

Figura 4.2.1.2.3 Profundidad de una grieta o fisura




94

La técnica de inspección ultrasónica resulta más sencilla para inspeccionar materiales

teóricamente homogéneos e isótropos que para inspeccionar materiales compuestos, ya

que éstos poseen una estructura anisótropa más complicada que produce reflexiones que

se pueden confundir con las reflexiones características de las paredes o superficies

interlaminares.

Como ejemplos de aplicación de la técnica de ultrasonidos para el estudio del estado

interno de una estructura podemos citar:

Los estudios científicos realizados a la fachada de la universidad de Salamanca.

Figura 4.2.1.2.4 Universidad de salamanca

Los análisis del estado de conservación de la piedra del Arco de Trajano, Mérida 2011.

Figura 4.2.1.2.5 Arco de Trajano




95

Estudios de ultrasonidos del Pórtico de la Gloria, Santiago de Compostela 2008.

Figura 4.2.1.2.6 Pórtico de la gloria

4.2.1.3.Consolidación:

Este procedimiento es importante tenerlo en cuenta puesto que está muy

relacionado con la velocidad de propagación de ondas en las piedras consolidadas.

Se trata de la aplicación de un material que, al penetrar en profundidad en la piedra,

mejora su cohesión, sus características mecánicas y la adhesión de las capas alteradas al

sustrato sano. La aplicación de un producto consolidante es necesaria únicamente

cuando la piedra ha perdido cohesión y debe introducirse un material que consiga la

unión entre los granos minerales que la forman y que han quedado sueltos y la

adherencia entre la capa alterada y la sana.




96

Los principales métodos de consolidación se basan fundamentalmente en tres procesos:

1) Reemplazar aquellos constituyentes de la piedra que son propensos al ataque

atmosférico y precipitar materiales químicamente resistentes en sus poros, para

consolidar los granos sueltos. Estos serían los tratamientos con soluciones de

compuestos inorgánicos.

2) Precipitar sílice, procedente de ésteres de silicona, en los poros de la piedra. Los

productos organosilícicos tienen su efecto final es producir un depósito de sílice que

une los granos sueltos.

3) Impregnar la piedra con productos orgánicos con objeto de cementar los granos que

han quedado sueltos a causa de la alteración, e impermeabilizar y proteger la piedra

de posteriores ataques. Los productos orgánicos rodean los granos de la piedra de

una red de un polímero orgánico que, teóricamente, no debe llenar los poros.

Las características que deben reunir los consolidantes son las siguientes:

a) Valor consolidante, ya que la función de un consolidante es restablecer la cohesión

de los granos de la piedra deteriorada. Para obtener una medida cuantitativa del

valor de la consolidación se usan las medidas de la resistencia a la compresión, a la

tracción, de la dureza superficial o de la resistencia a la abrasión.

b) Alterabilidad de la piedra consolidada, debe ser inferior a la de la piedra sin tratar,

ya que de lo contrario sería preferible no tratarla y sustituirla. Depende tanto de las

características del producto como de las de la piedra y también de los factores de

alteración. Se determina con la ayuda de ensayos de alteración.




97

c) Profundidad de penetración. Un consolidante debe restablecer la cohesión entre la

zona externa alterada y el sustrato interno sin alterar. La interfase entre la zona

tratada y la sin tratar marca un cambio de propiedades tales como porosidad o

permeabilidad al agua líquida y vapor; si este cambio es muy brusco, puede llegarse

al desprendimiento de la capa tratada. La profundidad de penetración es

inversamente proporcional a la viscosidad del producto.

d) Modificación de la porosidad. Si un tratamiento produce una disminución de

porosidad muy acusada, la alterabilidad de la piedra se verá incrementada.

e) Capacidad de transferencia de humedad. Los consolidantes deben permitir el paso

de humedad a través de la piedra, para impedir la acumulación de agua y sales en

determinadas zonas.

f) Compatibilidad con la piedra. En el aspecto químico, esto significa que no deben

formarse compuestos que puedan reaccionar con los componentes de la piedra o que

puedan afectar a la estructura cristalina. Desde el punto de vista físico, las

propiedades de la piedra consolidada deben ser similares a las de la piedra sin tratar.

g) Efecto en el aspecto. La piedra no debe sufrir cambios de color o de brillo a causa de

un tratamiento. Además, el aspecto superficial no debe alterarse significativamente

con el paso del tiempo por efecto de los agentes ambientales, especialmente la

radiación ultravioleta.

El estudio de los consolidantes se emplea tanto en ensayos in situ como en ensayos en el

laboratorio.

Los ensayos de laboratorio con consolidantes se basan en las variaciones de la velocidad

de propagación de ondas longitudinales a través de probetas de piedra, para evaluar el

grado de penetración de los productos de consolidación aplicados a la superficie de las

mismas con el fin de mejorar su grado de cohesión.




98

La mayoría de productos comerciales, orgánicos o silico-orgánicos, que en la actualidad

se encuentran en el mercado cumplen con esta finalidad, a excepción de las resinas

epoxídicas que sufren importantes variaciones de color con la radiación ultravioleta.

Otro estudio de interés de los consolidantes es su penetración en la piedra y la relación

directa con la profundidad que han alcanzado los mismos en el seno de la roca una vez

que éstos han polimerizado, así como, el volumen de espacios vacíos (poros y/o fisuras)

ocupados tras la consolidación de la misma. Y es fundamental conocer dicha

profundidad de penetración, ya que, si ésta no es la suficientemente requerida, puede dar

lugar a la aparición de una superficie de rotura en la interfase piedra tratada-piedra no

tratada.

Figura 4.2.1.3.1 Equipo de ultrasonidos para el estudio de la velocidad de propagación

En la figura se observa el equipo que se emplea para la determinación de las variaciones

de velocidad en laboratorio con las probetas tratadas y sin tratar. Se puede distinguir el

equipo ultrasónico, un osciloscopio (derecha) y un estativo (izquierda), este último a fin

de garantizar un contacto firme de los transductores con la superficie de la roca.




99

La propagación de ondas P por el seno de un material viene controlada por sus

características petrofísicas (densidad, porosidad, fisuras, grado de alteración, etc),

teniendo especial influencia el volumen de espacios vacíos.

Partiendo de estas premisas se procede a la medida de los tiempos de tránsito de las

ondas P (tiempos de vuelo) de los materiales sin tratar. A fin de poder realizar las

posteriores medidas exactamente sobre la misma posición, los puntos de medición son

rotulados.

Conocida la distancia entre los transductores (emisor-receptor), se calcula

empíricamente la velocidad de propagación de dichas ondas por el material (Vp).

Las condiciones de trabajo más habituales son: utilizar transductores de 1 MHz de

frecuencia, en pulso continuo y con un voltaje de 1200 V.

Tras la polimerización de los consolidantes en el seno de las probetas (4 semanas), se

determinan nuevamente los tiempos de tránsito de las ondas P a lo largo de las mismas,

colocando los transductores en las mismas posiciones que en el ensayo sin el

consolidante.

Si el volumen de espacios vacíos disminuye, al ser ocupados por los productos de

tratamiento, las ondas viajaran más deprisa a través de la roca, por lo que cabe esperar

menores tiempos de tránsito, lo que se traduce en un aumento de la velocidad de

propagación.

A modo de ejemplo, en la siguiente figura se representa el ensayo realizado en un tipo

de piedra de granito con una cierta porosidad. La línea roja corresponde a la media de

los resultados obtenidos antes de la consolidación. La línea azul corresponde a la media

de los resultados obtenidos tras la consolidación. En ambos casos se puede observar que

la velocidad de propagación de ondas aumenta considerablemente tras la consolidación,

lo que indica un grado de relleno de los espacios vacíos muy importante. Las dos líneas




100

no llegan a cruzarse, esto significa que el consolidante ha llegado a alcanzar la

profundidad máxima.

Figura 4.2.1.3.2 Representación de la velocidad con la profundidad de una estructura

consolidada

En el siguiente caso, igual que el gráfico anterior la línea roja corresponde a la media

de los resultados obtenidos antes de la consolidación, mientras que la línea azul

corresponde a la media de los resultados obtenidos tras la consolidación. La velocidad




101

de propagación de ondas aumenta considerablemente hasta los 4 cm, donde comienza a

ser menos notable, hasta que ambas curvas intersectan cerca de los 4,5 cm, marcando la

profundidad de penetración alcanzada en esta roca por el consolidante.

Figura 4.2.1.3.3 Representación de la profundidad de penetración del consolidante en

una estructura




102

Tras estudios con consolidantes se puede decir que la velocidad de propagación de

ondas longitudinales (Vp) puede relacionarse con el grado de relleno de los espacios

vacíos de las piedras y por tanto con la penetración de los consolidantes en el seno de

los mismos. Y resulta un procedimiento rápido, eficaz y de fácil aplicación.

Un ejemplo de aplicación de la consolidación puede ser la restauración llevada a cabo

en la Torre Bofilla de Bétera, Valencia 2009.

Figura 4.2.1.3.4 Consolidación en la Torre de Bofilla

4.2.2. Técnicas en laboratorio:

Las técnicas que se realizan en el laboratorio son primordiales para el estudio de

la estructura que se desea analizar, puesto que en el laboratorio se ponen de manifiesto

las posibles condiciones mecánicas y medioambientales las cuales está sometida la

piedra así como el estudio de las propiedades características que posee.




103

Los monumentos patrimoniales están compuestos por diferentes materiales pétreos,

cada uno de ellos posee unas características mecánicas diferentes que se deben de

evaluar.

En el laboratorio se estudian propiedades como la velocidad de propagación de onda,

impedancia acústica, atenuación, porosidad etc.

Para llevar a cabo los ensayos de laboratorio son necesarios unos patrones o bloques de

referencia que son los que indican que tipo de discontinuidad se está midiendo,

orientación, resistencia, porosidad, etc. Así con los datos obtenidos experimentalmente

se puede hacer una comparación con los datos de referencia y saber cuál es el grado de

autenticidad de la medida.

4.2.2.1.Velocidad de propagación de onda:

La velocidad de propagación de ondas elásticas a través de un sólido se

encuentra muy condicionada por diferentes factores como la mineralogía del material, la

textura, la densidad, la porosidad, el grado de humedad, la temperatura o la presión, por

lo que al estudiar la velocidad obtenida en un determinado medio, se puede deducir

valores que nos ayuden a valorar el estado del elemento, su resistencia, su grado de

humedad y muchos otros datos.

Experimentalmente se realiza mediante un generador de señales que produce un pulso

eléctrico. A continuación, un cristal piezoeléctrico convierte esta señal eléctrica en una

señal acústica. El cristal se acopla al sólido que se desea estudiar, de forma que la señal

acústica pasa a propagarse a través del mismo, si es necesario con un acoplante. La

señal atraviesa el sólido y se refleja parcialmente en su superficie y se va atenuando a

medida que viaja a través del mismo, volviendo a la posición del piezoeléctrico y

generando una señal eléctrica.




104

Estas señales son recogidas por un equipo de detección que permite observar en pantalla

los impulsos correspondientes a los “ecos” del pulso inicial. Para poder determinar las

constantes elásticas es necesario medir la velocidad de propagación de las ondas

longitudinales y transversales.

La velocidad puede ser medida determinando el tiempo de vuelo de la onda a través del

espesor de la muestra. La velocidad es la distancia recorrida por la onda dividido por el

tiempo que tarda la onda en recorrer esa distancia.

En este método el mismo transductor envía la onda y la recibe.

La onda ultrasónica recorre una distancia igual a dos veces el espesor de la muestra.

Por tanto, la velocidad es igual a dos veces el espesor dividido por el tiempo:

Siendo “d” el espesor del material.

Figura 4.2.2.1.1 Esquema general para el cálculo de la velocidad de propagación

En vista de que el espesor del material es un dato conocido, se ajusta el equipo para

conocer el tiempo empleado por la onda en hacer el recorrido de dicho espesor, esto es

mostrado en la pantalla del equipo.




105

Es un gráfico en el que en el eje de abscisas se encuentra la distancia recorrida por la

onda o el tiempo (según el ensayo) y en el eje de ordenadas corresponde a la amplitud.

En ella se deben ver siempre al menos dos reflexiones características. Una inicial debida

a la superficie sobre la que se apoya el transductor y otra debida a la reflexión de la

onda en la superficie posterior.

Para la realización del experimento se realizan los siguientes pasos:

1. Preparar la muestra. Se comprueba la condición superficial de la probeta para evitar

mediciones confusas (suciedad, polco, nivel de rugosidad). Se coloca la muestra

sobre una superficie fija y totalmente plana.

2. Medida del espesor de la probeta: Dado que el camino acústico que recorre la onda

es uno de los datos necesarios para realizar la estimación de velocidad de la onda

ultrasónica longitudinal, se requiere de un pie de rey para medir el espesor de la

probeta y tomar nota de este valor, así mismo este dato debe ser comprobado en

diferentes punto de la placa a inspecciones, para así también evitar errores por

imperfecciones en el proceso de fabricación del componente.

3. Encender el equipo. En esta fase es necesario verificar las conexiones y los cables,

así como la buena alimentación del equipo. Conectar el transductor al cable y éste al

equipo ultrasónico.

4. Seleccionar en el equipo ultrasónico la frecuencia del transductor utilizado o la que

más se aproxime. Es necesario para una óptima visualización seleccionar un

intervalo frecuencial en el equipo que se ajuste a la frecuencia del transductor

empleado para la inspección.

5. Medio acoplante. Aplicar una pequeña cantidad de acoplante en la zona que se va a

inspeccionar para poder colocar el transductor a la superficie del material. Se

extiende éste en una zona de un diámetro algo mayor que el del transductor. El




106

líquido acoplante no debe ser dañino para el material.

6. Colocar el transductor sobre la probeta y presionarlo ligeramente para que no se

mueva durante la inspección y para que la onda se transmita al material con mayor

facilidad y precisión.

Figura 4.2.2.1.2 Colocación correcta del transductor en la pieza de ensayo

7. Ajustar el control de retardo de forma que el pulso de salida del transductor quede

fuera de la pantalla en la medida de lo posible.

8. Se varía la ganancia para ajustar la amplitud del primer eco de reflexión en la

pantalla.

9. Introducir el valor de la distancia recorrida por la onda en esa primera reflexión y

variar la velocidad ultrasónica hasta ubicar el eco de reflexión sobre el valor de la

distancia introducido en el eje de abscisas.




107

10. Otro método para el cálculo de la velocidad sería con la medida del tiempo de vuelo

hasta la primera reflexión (sin tener en cuenta la discontinuidad de la superficie de la

probeta) y conociendo el espesor de la probeta.

Este procedimiento debe realizarse varias veces para disminuir el error experimental. El

valor de velocidad correspondiente vendrá dado por el promedio de las velocidades

medidas.

A continuación se adjunta una tabla en la que se indican los rangos más habituales de

velocidad de propagación de ultrasonidos en distintos tipos de rocas:

Tipo de roca

Velocidad de propagación

(m/s)

Granito 3000-5000

Basalto 4500-6500

Gabro 4500-6500

Arenisca 1400-4000

Caliza 2500-6000

Mármol 3500-6000

Cuarcita 5000-6500

Pizarra 3500-5500

Tabla 4.2.2.1.1 Velocidad de propagación según tipo de roca

También son aplicables a estructuras de madera y a estructuras de hormigón.

Figura 4.2.2.1.3 Ensayo en una muestra de madera




108

La velocidad de propagación está estrechamente relacionada con la calidad de la piedra,

es necesario relacionar dicha velocidad con la obtenida en una calibración previa; se

realiza la medición de elementos en buen estado que nos sirvan de referencia con los

que poder comparar los resultados obtenidos en los elementos de los que queremos

obtener valores.

También se puede hacer una relación entre la velocidad de propagación con la

resistencia del material. Esto se realiza mediante la extracción de testigos, sobre los

cuales se realiza una medición de velocidad ultrasónica y a continuación se rompen para

averiguar su resistencia.

Figura 4.2.2.1.4 Equipo de laboratorio para el estudio de la resistencia a la

compresión

De ahí podemos deducir que determinadas velocidades corresponden a determinadas

resistencias con lo que, al medir el elemento a inspeccionar podemos deducir

resistencias por encima de los testigos en caso de velocidades de propagación mayores y

resistencias por debajo de las de calibración para velocidades menores.




109

Pero éste sería un ensayo destructivo que se debe evitar a toda costa en elementos de

gran valor patrimonial o económico.

Un caso concreto del empleo de la técnica de ultrasonidos para la medición de la

velocidad de propagación, a modo de ejemplo es el estudio de la piedra de Novelda, que

es empleada para la construcción de la Farola de las Cuatro Estaciones, Santander.

Figura 4.2.2.1.5 Estudio de la piedra de Novelda

4.2.2.2.Medición de la atenuación acústica:

Existen dos magnitudes importantes que caracterizan la propagación ultrasónica

en un material. La primera es la velocidad de la onda, y la segunda es la atenuación, que

manifiesta la pérdida de amplitud de la onda a su paso a través del material.

En este caso se cumple una ley del tipo:

Donde:

y : amplitudes final e inicial respectivamente de una onda que atraviesa un

material de longitud “l”.

α: es el coeficiente de atenuación, que caracteriza acústicamente al material.




110

Las características de atenuación ultrasónica dependen de la relación longitud de onda,

tamaño de partícula y de la concentración de partículas.

La atenuación del material decrece al aumentar la concentración de partículas y a menor

tamaño de partícula. Y a medida que la longitud de onda se hace más pequeña, la

pérdida de dispersión aumenta, es decir, mayor atenuación sufre la onda ultrasónica.

Experimentalmente, la atenuación de la señal ultrasónica se mide en términos

cualitativos, comprobando la pérdida de energía de la onda ultrasónica, es decir,

observando la disminución de la amplitud de la onda a medida que aumenta la distancia

recorrida por ella.

Figura 4.2.2.2.1 representación de la atenuación acústica a través de un

material

Esto se lleva a cabo empleando transductores de frecuencias y diámetros diferentes,

colocados aleatoriamente sobre la superficie de las probetas. Se observa como los ecos

sucesivos al inicial van perdiendo amplitud en la medida en que aparecen diferentes

reflexiones.




111

Sin embargo es posible seguir viendo las reflexiones a partir de esta distancia aunque ya

con menor energía.

En este apartado se calculan las longitudes de onda características para cada frecuencia

y se estudia su relación con la atenuación que sufre la onda.

Las longitudes de onda se calculan mediante la siguiente fórmula:

A modo de ejemplo se muestra las longitudes de onda correspondientes para cada

frecuencia a una velocidad determinada:

Frecuencia(MHz) Velocidad(m/s) Longitud de onda(mm)

1,5 2200 1,47

5,0 2200 0,44

10,0 2200 0,22

Tabla 4.2.2.2.1 Cálculo de la longitud de onda con la variación de la frecuencia

Como se puede comprobar, para frecuencias grandes, la longitud de onda es muy

pequeña, a velocidad constante, proporcionando la posibilidad de mayor resolución en

la reconstrucción. Por otro lado la onda se atenúa más porque intercepta con más

obstáculos que con una longitud de onda mayor. Y al contrario, para una frecuencia

pequeña, la longitud de onda es grande y se atenúa menos.

Se debe seleccionar la frecuencia más adecuada según el caso de estudio.

Como se puede observar en la figura, con una longitud de onda relativamente grande, se

pueden pasar por alto defectos u obstáculos. Sin embargo, con una longitud de onda

menor, un defecto del mismo tamaño es interceptado por la onda.




112

Figura 4.2.2.2.2 Detección de imperfecciones variando la longitud de onda

4.2.2.3.Impedancia acústica:

El sonido viaja a través de los materiales por medio del movimiento de las moléculas

unidas elásticamente. Así se define a la Impedancia Acústica (Z) como la resistencia

que opone el medio a la propagación de las ondas, siendo igual al producto de la

densidad del medio por la velocidad de la onda en dicho medio.

Por lo tanto, un material que posea baja impedancia acústica significa que posee baja

resistencia a las deformaciones elásticas producto de las ondas sonoras.

La ecuación característica de la impedancia acústica es la siguiente:

Donde:

ρ: Densidad del material.

V: Velocidad del sonido en el material




113

Algunos valores aproximados de impedancias acústicas de varios materiales.

Material Impedancia acústica

Aire 0,4

Agua 0,5*10^6

Aceite 0,3-4*10^6

Hormigón 7-10*10^6

Acero 47*10^6

Tabla 4.2.2.3.1 Impedancias acústicas para distintos materiales

Cuando una onda está viajando a través de un material 1 e incide con la interfase de un

material 2 distinto, una parte de la onda incidente es reflejada.

Figura 4.2.2.3.1 Materiales con distinta impedancia acústica

Esta energía reflejada en una interfase será tanto mayor cuanto mayor sea la diferencia

entre las impedancias de los dos medios que forman la interfase. A su vez la amplitud

de la reflexión es una función del ángulo de incidencia y es máxima cuando dicha

incidencia es perpendicular a la interfase (ángulo de incidencia 90º, incidencia normal).




114

Para una incidencia normal el coeficiente de reflexión, R, viene dado por la siguiente

expresión:

Donde:

= Impedancia acústica específica del material 2m.

= Impedancia acústica específica del material 1.

En base al principio anterior, en un material heterogéneo, se producirá una difracción de

la onda de llegada siempre que haya una discontinuidad del material, produciéndose una

pérdida de velocidad respecto a la que se obtendría en un material homogéneo.

De la misma forma cuando la onda encuentra una interfase con el aire, prácticamente la

reflexión en la interfase es total, en tanto que el coeficiente de reflexión puede

considerarse que alcanza la unidad.

Esta es la causa por la que los métodos no destructivos basados en la propagación de

una onda han demostrado ser satisfactorios para localizar defectos dentro de sólidos.

El coeficiente de reflexión dado por la ecuación anterior puede ser negativo o positivo

dependiendo de los valores relativos de las impedancias acústicas de los dos materiales.

Si < como podría ocurrir en una interfase hormigón-aire, el coeficiente de

reflexión es negativo. Esto significa que el signo de la tensión en la onda reflejada es

opuesto al signo de la tensión de la onda incidente.

Si > , el coeficiente de reflexión es positivo no habiendo un cambio en el signo de

la tensión de la onda.




115

La Impedancia Acústica es importante en:

La determinación de la transmisión y reflexión acústica en la superficie de

contacto de dos materiales que poseen distintas propiedades.

El diseño de los cabezales ultrasónicos.

Evaluación de la capacidad de absorción de sonido de un medio.

Experimentalmente la impedancia acústica se calcula con los datos experimentales de la

velocidad de propagación de la onda en el medio que se hayan obtenidos, explicado

anteriormente, y la densidad característica del material. Sustituyendo dichos datos en la

ecuación característica de la impedancia.

4.2.2.4. Porosidad y humedad:

Existe una relación entre la atenuación ultrasónica y el grado de porosidad en

materiales. Se pretende deducir la porosidad del material realizando medidas de la

atenuación ultrasónica.

Figura 4.2.2.4.1 Detección de poros internos en una superficie o estructura




116

Experimentalmente se ha determinado que la atenuación ultrasónica está relacionada

con el número de dispersiones por unidad de volumen y con la dispersión total en la

sección transversal de un obstáculo.

También está estrechamente relacionado con la velocidad de propagación de onda, a

medida que aumenta la porosidad mayor será el volumen de huecos en el interior de la

roca y puesto que la propagación del ultrasonido es peor en el aire que en la roca la

velocidad ira disminuyendo con la porosidad.

Los resultados experimentales demuestran la viabilidad de la caracterización de la

porosidad de materiales mediante inspección ultrasónica.

Tras experimentos realizados en laboratorio se puede representar esta correlación de

porosidad-velocidad de propagación:

Gráfico 4.2.2.4.1 Relación porosidad-velocidad de propagación de onda

Se puede observar como a mayor porosidad de la roca la velocidad de propagación de la

onda disminuye.




117

Probetas v(m/s) Porosidad

18 4155,12 0,487

6 4213,48 0,493

8 4285,71 0,6422

Tabla 4.2.2.4.1 Experimento realizado en laboratorio para conocer la relación

porosidad-velocidad de propagación de onda

Para ello se toman muestras con distinto grado de porosidad. Previamente se mide su

porosidad por medio de métodos destructivos para luego comparar resultados.

Figura 4.2.2.4.2 Muestras para el cálculo de la porosidad en el laboratorio

Éste método se puede utilizar también para medir el grado de humedad, los poros con

agua provocan un aumento de la velocidad de propagación, pudiendo combinar la

técnica con la termografía, buscando variaciones de humedad con la cámara

termográfica y ensayando dichas zonas con ultrasonidos para obtener valores concretos.




118

Figura 4.2.2.4.3 Representación gráfica de modo de ensayo

La temperatura es otro factor que puede hacer variar la velocidad de propagación, esto

se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia

con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y

este aumento de actividad hace aumentar la velocidad. Pero las variaciones no son muy

significativas.

Un ejemplo concreto del estudio de la porosidad en el patrimonio cultural en el

laboratorio es el proyecto SIMPHOR, se basa en medida de la porosidad en materiales

derivados del cemento, Plan Nacional realizado entre 2004-2007.

Figura 4.2.2.4.4 Ensayo experimental para el estudio de la porosidad




119

4.2.3 Ensayo experimental en laboratorio:

4.2.3.1 Descripción del ensayo:

Se ha llevado a cabo un ensayo en el laboratorio con el equipo de ultrasonidos,

se han tomado medidas de los tiempos de propagación de la onda para distintos tipos de

piedras. El objetivo de este ensayo se basa en poner en práctica los conceptos teóricos

desarrollados en el proyecto y comprobar los resultados obtenidos con las conclusiones

extraídas a lo largo del proyecto.

La técnica empleada en las experiencias ha sido la técnica de transmisión directa, es

decir, se requiere de dos transductores, uno emisor y otro receptor, y se alinean

correctamente a cada lado de la probeta para su perfecta transmisión.

Estos palpadores contienen cristales piezoeléctricos de circonato de plomo-titanio, que

van colocados en una carcasa de metal ligero.

El equipo de ultrasonidos empleado es del tipo BP V, con una alimentación de 220V de

corriente alterna y una frecuencia empleada de 50Hz, siendo estos los valores estándares

para los ensayos realizados en este proyecto.

Figura 4.2.3.1.1 Equipo de ultrasonidos empleado en el experimento




120

El ensayo se ha realizado a cinco tipos distintos de piedras:

- Mármoles: piedras metamórficas

- Piedras sedimentarias

- Escayolas

- Ladrillo

- Piedra caliza cristalina(de Estepa)

Para cada tipo de piedras se ensayaron una serie de probetas, a las cuales se midieron

cada uno de sus perfiles (cara A, B y C) con un pie de rey y posteriormente el tiempo de

vuelo en cada uno de esos perfiles.

Figura 4.2.3.1.2 Representación de la selección de caras para el ensayo

Cara A

Cara B

Cara

C




121

4.2.3.2 Resultados obtenidos:

A continuación se presentan los resultados obtenidos de la medida longitudinal

de los perfiles y del tiempo de vuelo tras el ensayo de ultrasonidos para cada una de las

probetas de ensayo de cada tipo de piedra.

- Mármoles:

Tabla 4.2.3.2.1 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos en

mármoles

Muestra Medida Cara A Velocidad(Km/s) Cara B Velocidad(Km/s) Cara C Velocidad(Km/s)

L(mm) 52 48 46

T(µs) 11,2 9,7 9,2

L(mm) 52 49 46,5

T(µs) 11,8 9,5 8,9

L(mm) 50 49 49

T(µs) 12,6 12 10

L(mm) 50 48,5 49,5

T(µs) 11,6 11,3 9,2

L(mm) 50 50 50

T(µs) 13,1 14,9 14

L(mm) 49,5 50 50

T(µs) 11,6 13,4 13,8

L(mm) 52,5 48 49

T(µs) 12,2 13 12

L(mm) 52,5 49 48

T(µs) 13,5 13 11,2

L(mm) 51,5 51 51,5

T(µs) 12,2 12,5 12,1

L(mm) 52 52 52

T(µs) 12,2 12,6 12,2

L(mm) 51 51 42

T(µs) 13 16,8 11,7

L(mm) 50,5 51 42

T(µs) 13,7 17,1 11,3

L(mm) 53 52 55

T(µs) 18,4 14,1 19,5

L(mm) 39 53 52

T(µs) 10,7 17 13,9

L(mm) 40 52 52,5

T(µs) 11,9 17,9 13,2

Ibérico 31

Blanco 1

Blanco 2

Triana 3

Triana c

Ibérico 30

Ojen

Ojen 1

Ojen 2

4,643

4,407

3,968

4,310

3,817

4,267

4,303Tranco 3

Tranco1

Fte.Her 2

Fte.Her 3

Aroche 1

Aroche 2

3,645

3,361

4,948

5,158

4,083

4,292

3,356

3,731

3,692

3,7693,889

4,221

4,262

3,923

3,686

2,880

4,080

4,127

3,036

2,982

3,688

3,717

2,821

3,741

3,9772,905

3,118

4,262

3,590

5,000

5,225

4,900

5,380

3,571

3,623

4,083

4,286

4,256




122

Se ha podido comprobar como para distintos tipos de longitud de cara y probeta de

ensayo se obtienen distintos valores del tiempo de vuelo de la onda, esto se debe no solo

a la precisión de medida sino a las características físicas inherentes de cada probeta.

Figura 4.2.3.2.1 Probetas de los distintos mármoles de ensayo

Se puede comprobar también que para tiempos de propagación mayores, menor

velocidad de propagación se obtiene. Para una mejor visualización se ha representado

en la siguiente gráfica la relación velocidad-tiempo para cada una de las caras de todas

las probetas de ensayo, sabiendo que la frecuencia de ensayo es constante e igual a 50

KHz.

Gráfico 4.2.3.2.1 Velocidad-tiempo para los mármoles de estudio




123

- Piedras sedimentarias:

Tabla 4.2.3.2.2 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos en piedras

sedimentarias

Las piedras sedimentarias son más porosas que los mármoles y por ello las velocidades

son más bajas, aunque en el ensayo el orden de velocidad con respecto a los mármoles

es parecido, esto se debe a las dimensiones de las probetas.

Las probetas de las piedras sedimentarias son de menor dimensión que los mármoles, si

fueran del mismo orden de magnitud, los tiempos de propagación en las piedras

sedimentarias serían aún mayores y las velocidades serían aún más pequeñas y se

apreciaría más la diferencia.

Figura 4.2.3.2.2 Probetas de las piedras sedimentarias de ensayo


L(mm) 32,5 33 32

T(µs) 13,3 15,6 12,1

L(mm) 32,5 32,5 31,5

T(µs) 12,3 11,1 9,6

L(mm) 33 33 32

T(µs) 11,5 10,2 10,3

L(mm) 33,5 32,5 32

T(µs) 10 10,7 11,7

L(mm) 34,5 33 31

T(µs) 12,8 11,8 13,2

L(mm) 33 33 33

T(µs) 12 14,8 12,7

L(mm) 32,5 33 32,5

T(µs) 12,6 14,3 13,5

L(mm) 33 32 33

T(µs) 12,7 12,1 11

IG2 2,444 2,115 2,645

IG3 2,642 2,928 3,281

IG7 2,870 3,235 3,107

IG8 3,350 3,037 2,735

IA1 2,695 2,797 2,348

IA2 2,750 2,230 2,598

IA6 2,579 2,308 2,407

IA8 2,598 2,645 3




124

- Escayolas:

Tabla 4.2.3.2.3 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos en escayolas

Las velocidades en este tipo de piedras son más parecidas entre sí que en las piedras

anteriores, esto se debe a que son piedras más homogéneas y los tiempos de vuelo son

por ello prácticamente similares entre todas las probetas.

Figura 4.2.3.2.3 Probetas de las escayolas de ensayo


L(mm) 52 47,5 49

T(µs) 13,5 20,2 23,8

L(mm) 47 52 52

T(µs) 23,4 22,8 21,6

L(mm) 47,5 52 48

T(µs) 20,5 22,8 21,1

L(mm) 48 52 52

T(µs) 24,9 24 21,9

L(mm) 49 53 52

T(µs) 22,2 24,8 23

L(mm) 49 54 46

T(µs) 20,5 24,6 20,2

L(mm) 49 52 50

T(µs) 21,6 23,7 22,3

L(mm) 49 53,5 50

T(µs) 20,2 25 21,2

L(mm) 49 53 48

T(µs) 23,7 23,9 23,5

L(mm) 49 52 49

T(µs) 24,6 26,2 21,8

1 3,852 2,351 2,059

2 2,009 2,281 2,407

3 2,317 2,281 2,275

4 1,928 2,167 2,374

5 2,207 2,137 2,261

6 2,390 2,195 2,277

7 2,269 2,194 2,242

8 2,426 2,140 2,358

9 2,068 2,218 2,043

10 1,992 1,985 2,248




125

- Ladrillo:

Tabla 4.2.3.2.4 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos en ladrillo

Se puede observar claramente como a medida que aumenta la distancia entre los

transductores, el tiempo de propagación es mayor. El ladrillo es bastante poroso por ello

sus tiempos son también más altos que el resto de casos ensayados.

Figura 4.2.3.2.4 Probeta de ladrillo de ensayo


L(mm) 40 111,5 265

T(µs) 26,5 57,3 118,61 1,509 1,946 2,234




126

- Caliza cristalina:

Tabla 4.2.3.2.5 Cálculo de las velocidades de propagación de ultrasonidos en caliza

cristalina

Poseen bajo tiempo de propagación con respecto a los casos anteriores, se debe a su

mayor perfección interna y baja porosidad.

Figura 4.2.3.2.5 Probeta de caliza cristalina de ensayo


L(mm) 50 52 50

T(µs) 9,8 11,2 11,1

L(mm) 50 51,5 50

T(µs) 9,8 10,8 10

L(mm) 50 53 50

T(µs) 10,9 11,5 10,3

L(mm) 50 50 52

T(µs) 9,6 10 10,8

4 5,102 4,643 4,505

7 5,208 5,000 4,815

5 5,102 4,769 5,000

6 4,587 4,609 4,854




127

El ensayo experimental hace un total de 38 probetas distribuidas en cinco tipos de

materiales, cada uno de las cuales con distintas propiedades de transmisión de ondas

ultrasónicas, siendo posibles hacer comparaciones entre ellas.

Tras este ensayo se ha podido hacer vínculos con los estudios teóricos desarrollados a lo

largo del proyecto, siendo de gran utilidad también para conocer de cerca el equipo de

ensayo.

Figura 4.2.3.2.6 Modo de ensayo




128

5. CONCLUSIONES:

El ensayo de ultrasonidos posee características que lo hacen versátil, y

sumamente útil, en la determinación de la integridad estructural de los materiales; sin

embargo, presenta ciertas ventajas y limitaciones, en cuanto a la técnica en sí y a los

métodos utilizados.

Figura 5.1 Técnica ultrasonidos

Algunas de las principales ventajas que posee son las siguientes:

Se detectan discontinuidades superficiales y subsuperficiales.

Puede delinearse claramente el tamaño de la discontinuidad, su localización y su

orientación. Mayor exactitud en comparación con los demás métodos no

destructivos.

Sólo se requiere acceso por un lado del material a inspeccionar.

Tiene alta capacidad de penetración y los resultados de prueba son conocidos

inmediatamente.

Rapidez de la respuesta, debido a que la operación es electrónica, proporciona

indicaciones prácticamente instantáneas de la presencia de discontinuidades.




129

Alta sensibilidad para detectar defectos de poco tamaño.

Gran poder de penetración lo que permite la examinación de materiales con

grandes espesores.

No utiliza radiaciones perjudiciales para el organismo humano y no tiene efectos

sobre el material inspeccionado.

No requiere condiciones especiales de seguridad.

Portabilidad.

Pero como toda técnica, posee una serie de limitaciones de uso o desventajas en

comparación con otras técnicas de ensayo, algunas de ellas son:

Está limitado por la geometría, estructura interna, espesor y acabado superficial

de los materiales sujetos a inspección.

Localiza mejor aquellas discontinuidades que son perpendiculares al haz de

sonido.

Las partes pequeñas o delgadas son difíciles de inspeccionar por este método.

Las discontinuidades que están presentes en una capa baja inmediatamente

debajo de la superficie pueden no ser perceptibles.

El equipo puede tener un costo elevado, que depende del nivel de sensibilidad y

de sofisticación requerido.

El personal debe estar cualificado y generalmente requiere de mucho mayor

entrenamiento y experiencia para este método que para cualquier otro de los

métodos de inspección.




130

Figura 5.2 Empleo de la técnica de ultrasonidos por personal cualificado

La interpretación de las indicaciones requiere de mucho entrenamiento y

experiencia de parte del operador.

Los estándares de referencia son necesarios, para calibrar el equipo y para

caracterizar defectos.

Podemos concluir que el Ultrasonido Industrial es uno de los métodos más rápidos,

fáciles y seguros de aplicar ya que posee una gran exactitud en el proceso sin embargo

no debemos omitir los demás métodos ya que, los ensayos no destructivos se

complementan entre sí para poder obtener una información más exacta del objeto a

inspección y determinar qué tipo de anomalía o defecto existe en el material y qué tipo

de mantenimiento o reparación requiere el objeto de inspección.




131

6. BIBLIOGRAFÍA:

[1] Daniel Perera Gerónimo “Manual de introducción al ultrasonido industria”

Empresa de servicios marinos y terrestres.2010; 3:7-40.

[2] http://www.ndt_ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Ultrasonics/cc_

ut_index.htm

[3] Malin Myrin, Katarina Malaga. “Evaluation of Consolidation treatment of

sandstone by use of ultrasound pulse velocity”. 11TH International Congress on

deterioration and Conversation of stone, Ed: Wydawnictwo Naukowe 2008,

Polan; 3:441-448.

[4] “Curso ultrasonido Básico”. Facultad de Ingeniería, Universidad Central de

Venezuela; 2:14-26.

[5] Rosario Villegas Sánchez. “Tipología de materiales para tratamientos.

Inst.Andaluz de Patrimonio Histórico”2008; 4:180-186.

[6] Félix J. Mateos Redondo. Revista electronica. “Penetration assessment of

consolidating treatments by determination of the longitudinal waves

propagation speed”, 2006.

[7] www.qualicer.com

[8] Ignacio Lombillo, Luis Villegas, “Metodologías no destructivas aplicadas a la

rehabilitación estructural del patrimonio” GTED; 5-8.

[9] www.lanamme.ucr.ac.cr

[10] John S. Propovics and Joseph L.Rose. “A survey of Developments in

Ultrasonic NDE of Concrete”.

[11] Abdelraheem Ahmad, Marisa Pamplona and Stefan Simon. “Ultrasonic

testing for investigation and characterization of stone-a-non-destructive and

transportable tool”2009.

[12] http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_153_164_104_

1438.pdf

[13] http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6154/8/07.pdf

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6154/8/07.pdf




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[14] Claudio Rimoldi, Luis Mariano Mundo. Cátedra: “Ensayos no

destructivos por método de ultrasonidos” 2012.

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