DETERMINACIN DEL MODULO DE ELASTICIDAD EN ESTRUCTURAS DE CONCREETO REFORZADO, MEDIANTE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.

CARLOS EDUARDO RUIZ NAVARRO

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE FISICOMECANICASESCUELA DE INGENIERIA CIVILMAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL2014

DETERMINACIN DEL MODULO DE ELASTICIDAD EN ESTRUCTURAS DE CONCREETO REFORZADO, MEDIANTE ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.

CARLOS EDUARDO RUIZ NAVARROPropuesta de Investigacin

DIRECTORRICARDO CRUZ HERNANDEZ I.C., PhD.Decano Facultad de Fisicomecnicas de la Universidad Industrial de Santander

CODIRECTORLUIS EDUARDO ZAPATA ORDUZ I.C., PhD.Profesor Titular de la Universidad Industrial de Santander

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERFACULTAD DE FISICOMECANICASESCUELA DE INGENIERIA CIVILMAESTRIA EN INGENIERIA CIVIL2014

Tabla de ContenidoDETERMINACIN DEL MODULO DE ELASTICIDAD PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO, CON ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.41.Planteamiento y justificacin del problema de investigacin42.Objetivos62.1.Objetivo general62.2.Objetivos especficos63.Metodologa74.Estado del arte84.1.Ensayos no destructivos para determinar el mdulo de elasticidad en concreto84.2.Metodologas para determinar el mdulo de elasticidad104.2.1.Estudios relacionados para determinar el mdulo de elasticidad del concreto12-Determinacin de las ecuaciones del mdulo de elasticidad esttico y dinmico del concreto producido en Bucaramanga y su rea Metropolitana.12-Determinacin del mdulo de elasticidad en estructuras de concreto sin refuerzo a partir de medidas de velocidad de pulso ultrasnico.14-Prediccin de la resistencia del concreto con base en la velocidad de pulso ultrasnico y un ndice de calidad de los agregados15-El mtodo de velocidad de pulso ultrasnico17-La velocidad de pulso ultrasnico y el martillo de rebote como herramientas END para la evaluacin de la calidad de las estructuras.19-El uso de USPV para anticipar rotura del concreto bajo compresin204.3.Metodologas analticas empleadas en la determinacin de las propiedades de los elementos de concreto.214.3.1.Modelos bsicos fsicos214.3.2.Tipos de ensayos no destructivos END (NDT)234.4.Trabajos realizados considerando desviaciones275.Cronograma296.Presupuesto297.Bibliografa30

DETERMINACIN DEL MODULO DE ELASTICIDAD PARA ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO, CON ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS.

PALABRAS CLAVE: Ensayos no destructivos, Concreto reforzado, concreto presforzado, mdulo de elasticidad (mdulo de Young), mdulo de Poisson. 1. Planteamiento y justificacin del problema de investigacin

El concreto es un material bsico que se utiliza para una gran variedad de proyectos de ingeniera y arquitectura. La calidad del concreto est determinada por variables como la relacin agua/cemento, el origen, tipo y tamao de los agregados, la humedad, el origen y tipo de cemento y los aditivos adicionados a las mezclas de acuerdo con el tipo de uso. Estas variables afectan directamente a la resistencia a la compresin y hacen difcil la identificacin de las propiedades del concreto reforzado in situ. Para determinar la calidad del concreto se cuenta con diversos procedimientos, como la toma de probetas para ensayo de compresin en el laboratorio. Ensayos para determinar la calidad del concreto colocado, como toma de ncleos en casos en que los resultados de los ensayos a la compresin en el laboratorio no cumplen con la resistencia especificada. En otros casos se puede acudir a los ensayos no destructivos, para determinar la resistencia y calidad del concreto, que varan, desde la inspeccin visual, el martillo de rebote o esclermetro, hasta ensayos de tecnologa ms avanzada, a travs de ultrasonido con equipos de velocidad de pulso ultrasnico y otros equipos especializados que usan como base la misma tecnologa. Las pruebas de ultrasonidos permiten estimar una correlacin entre las variables y la resistencia a la compresin. Se considera que el concreto es un material heterogneo, la interpretacin de la relacin entre la fuerza y la velocidad de pulso ultrasnico (UPV) es complejo. Con el objetivo de entender cmo algunos de los parmetros que influyen en el ensayo UPV, se han realizado proyectos de grado y de investigacin, para determinar el mdulo de elasticidad y mdulo de Pisson, aplicado en probetas de concreto elaboradas en laboratorio con concretos comerciales, relacionadas con las frmulas propuestas por los cdigos que influyen en las normas de nuestro pas, como la Norma Sismo Resistente Colombiana, el ACI, la ASTM. Los resultados obtenidos muestran que las frmulas recomendadas, presentan valores menores a los obtenidos en laboratorio, para cada tipo de muestra.La Ley 400 de 1997 reglamenta aspectos fundamentales para que el pas disponga de una reglamentacin de construccin sismo resistente moderna y actualizada en todo momento y define las responsabilidades y sanciones, fija unos plazos para realizar los anlisis de vulnerabilidad ssmica y la actualizacin de edificaciones indispensables y de atencin a la comunidad. Este trabajo de investigacin, propone encontrar la metodologa ms adecuada para determinar el mdulo de elasticidad y mdulo de Poisson en estructuras de concreto reforzado existentes, basados en los resultados obtenidos en el laboratorio, en probetas elaboradas con caractersticas diferentes, fabricados con cemento portland y diversos tipos de agregados. Los datos sern analizados con el objetivo de establecer modelos para determinar cmo los resultados del ensayo de velocidad de pulso ultrasnico, se ven afectados por las variaciones en las mezclas y la presencia de refuerzo, defectos internos, corrosin en el concreto o en el refuerzo, en los diferentes elementos estructurales.La pregunta fundamental de la presente investigacin es:Se puede determinar el mdulo de elasticidad y el mdulo de Poisson en estructuras existentes, mediante equipos especializados para ensayos no destructivos, en estructuras existentes de concreto reforzado?Los resultados muestran que es posible comprender cmo las variaciones de las condiciones de las probetas afectan las salidas de los ensayos no destructivos. Este proyecto estudio indica que los ensayos no destructivos arrojan resultados importantes para la toma de decisiones, sobre las condiciones de las estructuras de concreto reforzado. Se puede concluir que, por medio de los ensayos no destructivos, es posible contribuir con el control de calidad en el deterioro de estructuras de concreto reforzado.Lo anterior, tiene el propsito de entregar un aporte a la lnea de investigacin en evaluacin de estructuras con ensayos no destructivos que desarrolla la Universidad Industrial de Santander, proporcionando datos de utilidad para los ingenieros calculistas en la evaluacin de estructuras de concreto reforzado, existentes.

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

Determinar valores de mdulo de elasticidad en estructuras de concreto reforzado existentes, mediante la utilizacin de equipos para ensayos no destructivos, para procesos de clculo estructural frente a amenaza, vulnerabilidad y riesgo ssmico, patologa y rehabilitacin estructural.

2.2. Objetivos especficos

1. Identificar la relacin del mdulo de elasticidad del concreto en el laboratorio como parmetro en los ensayos no destructivos en estructuras de concreto reforzado existentes.2. Realizar un anlisis paramtrico de los anlisis con ensayos no destructivos en las estructuras existentes con referencia a los ensayos en laboratorio, evaluando los resultados obtenidos con los diferentes equipos que cuentan como tecnologa el ultrasonido, para determinar defectos en las estructuras y las desviaciones que se generan en el mdulo de elasticidad.3. Determinar las desviaciones del mdulo de elasticidad por la presencia del refuerzo dentro del elemento.

3. Metodologa

Para lograr los objetivos planteados, se propone la siguiente metodologa con fundamento en las diferentes etapas identificadas.En la primera etapa del proyecto, se plantea la fabricacin de probetas de concreto, controladas en laboratorio, para determinar valores de mdulo de elasticidad que ser utilizado como parmetro en el estudio de campo. En esta etapa se tendr participacin de estudiantes de pregrado, quienes fabricarn las probetas con las diferentes mezclas de concreto comercial, seleccionado para el proyecto de investigacin. En la etapa siguiente, se define las patologas generales encontrados en las estructuras de concreto reforzado para construcciones existentes de edificacin e infraestructura. Para lo cual se har la consulta bibliogrfica y la informacin que el fabricante de los equipos, suministrar de patologas obtenidas de los estudios en Estados Unidos y Colombia.Elaborar los procedimientos para la toma de datos, con apoyo de equipos auxiliares para garantizar la transmisin de las ondas en los elementos estructurales, con el fin de reducir las desviaciones generadas por el refuerzo de las estructuras.Posteriormente se proceder a hacer la clasificacin de las patologas, haciendo nfasis en las discontinuidades que por las patologas se identifican en los ensayos no destructivos y alteran el valor del mdulo de elasticidad, as como las desviaciones generadas por la presencia de refuerzo en los elementos estructurales.Se toma como referencia las patologas para determinar los modelos de ensayo en laboratorio con la aplicacin de metodologas de modelamiento aceptados, en la elaboracin de las probetas y modelos estructurales en laboratorio.Con los datos obtenidos, se realizar un anlisis paramtrico, con las variaciones de los modelos, planteando hiptesis que representen las diferentes condiciones en la cuales pueda presentarse desviaciones del valor del mdulo de elasticidad por las patologas encontradas, con el fin de obtener la correlacin del mdulo de elasticidad, con las patologas de los elementos estructurales.Los ensayos no destructivos debern garantizar la obtencin de informacin para determinar: Resistencia y calidad del concreto Mdulo de elasticidad Variacin de la informacin con el refuerzoLos valores del mdulo de elasticidad de los elementos en estructuras existentes son requisito para realizar los anlisis estructurales, los cuales determinan el valor de la rigidez de los elementos estructurales.

4. Estado del arte

4.1. Ensayos no destructivos para determinar el mdulo de elasticidad en concreto

Los ensayos no destructivos (END) o con sus siglas en ingls (NDT) es un amplio grupo de tcnicas de anlisis utilizado en la ciencia y la industria para evaluar las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daos. Los trminos de ensayo no destructivo (NDT), la inspeccin no destructiva (NDI), y la evaluacin no destructiva (NDE) tambin se usan comnmente para describir esta tecnologa. Debido a que los ensayos no destructivos no alteran permanentemente el material objeto del ensayo, es una tcnica muy valiosa que puede ahorrar dinero y tiempo en la evaluacin de los elementos estructurales, para solucin de problemas y la investigacin. Los mtodos de ensayos no destructivos comunes incluyen ultrasonidos, partculas magnticas, lquidos penetrantes, radiogrficos, inspeccin visual remota (RVI), pruebas de corrientes estticas, y bajo la interferometra de coherencia. Los ensayos no destructivos se utilizan comnmente en ingeniera forense, ingeniera mecnica, ingeniera elctrica, ingeniera civil, ingeniera de sistemas, ingeniera aeronutica, la medicina y el arte.Los ensayos no destructivos o evaluaciones no destructivas (NDT/NDE) se han practicado durante dcadas. Con los aos, los avances tecnolgicos impulsaron la rpida evolucin de las tcnicas y la instrumentacin. Es imposible identificar con exactitud cundo comenz esta ciencia; Sin embargo, sabemos que ha ido evolucionando durante siglos. Por ejemplo, los herreros utilizan una tcnica snica (escuchar a un anillo de diferentes metales) para dar forma a de acuerdo con su experiencia.En 1895 Wilhelm Conrad Rntgen descubri la radiacin electromagntica en un rango de longitudes de onda que hoy se conoce como los rayos X o los rayos Rntgen , un logro que le vali el primer Premio Nobel de Fsica en 1901. El descubrimiento de los rayos X , implementado inicialmente para el diagnstico mdico , que permiti ver el contenido interno de los sujetos sin daarlos , es decir, ensayos no destructivos del cuerpo humano. Poco despus, los rayos X se empezaron a utilizar en la industria.Hoy en da, Ensayos No Destructivos (END) es la rama de la ciencia y la ingeniera en cuestin con todos los mtodos de deteccin y evaluacin de defectos en los materiales. Los defectos pueden afectar a la capacidad de servicio del material o estructura, razn por la cual los NDT son importantes para garantizar un funcionamiento seguro, as como en el control de calidad y la evaluacin de la vida de las construcciones. Las fallas pueden ser grietas o inclusiones en soldaduras y fundiciones, o variaciones en las propiedades estructurales que pueden llevar a la prdida de la fuerza o el fracaso en el servicio.Los NDT se utilizan para la inspeccin en servicio y para el monitoreo de condiciones de construcciones en operacin. Tambin se utiliza para la medicin de los componentes y distancias y para la medicin de propiedades fsicas tales como la dureza y la tensin interna.Los NDT se han definido como los mtodos de inspeccin utilizados para examinar un objeto, material o sistema sin afectar a su futura utilidad.Los mtodos de END se pueden adaptar a los procesos de produccin automatizados, as como para la inspeccin de reas de problemas localizados. Actualmente los ensayos no destructivos con una disciplina regulada por las normas obligatorias, normas, directrices, etc., reconocidas a nivel internacional. Proporciona diagnsticos de seguridad y proteccin tecno gnicas, ecolgicos y pblicos, haciendo que nuestro mundo sea ms seguro y la creacin de beneficios para el pblico.Las races de los ensayos no destructivos modernos, comenzaron antes de la dcada de 1920, pero la conciencia de los diferentes mtodos de verdad lleg en la dcada de 1920. Durante esta poca no haba una conciencia de algunas de las pruebas de partculas magnticas (MT) y radiografa de rayos X (RT), en el campo de la medicina.El periodo importante en la historia y el desarrollo de los ensayos no destructivos se produjo durante y despus de la Segunda Guerra Mundial. Durante la poca anterior, el objetivo principal fue la deteccin de defectos. La guerra aceler el desarrollo de tcnicas que permite de mayor integridad, para una produccin ms rentable.Antes de 1850, en 1831 - Michael Faraday descubri los principios de la induccin electromagntica, la base de que con el tiempo se convirtieron en los principios de la medicin de corrientes de Foucault (ET). En 1847 - James Precott Joule descubri los mtodos de excitacin con ultrasonido. (1880 por Pierre Curie y su hermano Paul Jacques).Las investigaciones relacionadas para la obtencin del mdulo de elasticidad en el concreto mediante ensayos no destructivos, estn dirigidas en su mayora a determinar el mdulo de elasticidad en probetas de concreto en el laboratorio.Entre 1938 y 1940, los investigadores: Powers, Obert, Hornibrook, and Thomson, realizaron investigaciones con relacin al desarrollo de la metodologa de ensayos de velocidad de pulso ultrasnico aplicado para determinar los valores para el mdulo de elasticidad, propiedades fsicas del concreto y comportamiento de materiales bajo presin.Estos estudios han servido de apoyo para investigaciones ms recientes, Los estudios realizados en proyectos de grado y proyectos de investigacin,

4.2. Metodologas para determinar el mdulo de elasticidad

Las investigaciones relacionadas para la obtencin del mdulo de elasticidad en el concreto mediante ensayos no destructivos, estn dirigidas en su mayora a determinar el mdulo de elasticidad en probetas de concreto en el laboratorio.Los resultados obtenidos Estos resultados Ec = mdulo de elasticidad del concreto, MPa, vase C.8.5.1, Captulos C.8-10, C.14, C.19Ecb = mdulo de elasticidad del concreto de la viga, MPa, Captulo C.13Ecs = mdulo de elasticidad del concreto de la losa, MPa, Captulo C.13EI = rigidez a la flexin de un elemento en compresin, Nmm2, vase C.10.10.6, Captulo C.10Ep = mdulo de elasticidad del acero de preesfuerzo, MPa, vase C.8.5.3, Captulo C.8Es = mdulo de elasticidad del refuerzo y del acero estructural, MPa, vase C.8.5.2, Captulos C.8, C.10, C.1NTC 4025 Mtodo de ensayo para determinar el mdulo de elasticidad esttico y el mdulo de Poisson en concreto a compresin. (ASTM C469)En la Norma Sismo Resistente Colombiana, en el captulo C.8.5, se determina el valor del mdulo de elasticidad del concreto, mediante la frmula:

Dado en MPa, en donde Wc= es la densidad del concreto entre 1.440 y 2560 kg/m3Para concreto de densidad normal, Ec puede tomarse como

Mdulo de Poisson. En caso de que no se disponga de un valor experimental el mdulo de Poisson puede tomarse como 0.20.A modo de gua, a continuacin se presentan los resultados de una serie de investigaciones experimentales nacionales realizadas en la Universidad Javeriana de Bogot por medio de las cuales se lograron correlaciones estadsticas del mdulo de elasticidad del concreto Ec . En estas investigaciones se aplic el sesgo necesario para tener en cuenta que en las ecuaciones para obtener el mdulo se introduce el valor nominal de fc de acuerdo con las resistencia de diseo y el concreto en la estructura en realidad tendr una resistencia mayor. El sesgo se obtuvo de la misma poblacin usada para calcular el mdulo de elasticidad del concreto utilizando la estadstica de la diferencia entre la resistencia nominal y real del concreto ensayado. El trabajo investigativo de aplicacin del sesgo lo realiz una estudiante de postgrado de la Universidad de los Andes en Bogot.En caso de que no se disponga de este valor experimental, para concretos cuya masa unitaria vare entre 1 440 y 2 460 kg/m3, puede tomarse como:Para agregado grueso de origen gneo:

Para agregado grueso de origen metamrfico:

Para agregado grueso de origen sedimentario:

El valor medio para toda la informacin experimental nacional, sin distinguir por tipo de agregado, es:

Cuando no se disponga del valor de la masa unitaria del concreto, puede utilizarse:Para agregado grueso de origen gneo:

Para agregado grueso de origen metamrfico:

Para agregado grueso de origen sedimentario:

El valor medio para toda la informacin experimental nacional, sin distinguir por tipo de agregado, es:

El mdulo de elasticidad Es para el acero de refuerzo no preesforzado puede tomarse como 200.000 MPa.El mdulo de elasticidad para el acero de preesforzado debe determinarse mediante ensayos o ser informado por el fabricante.

4.2.1. Estudios relacionados para determinar el mdulo de elasticidad del concreto

En la investigacin realizada sobre el estado del arte, para determinar el mdulo de elasticidad en el concreto con ensayos no destructivos y especficamente con la utilizacin de la velocidad de pulso ultrasnico, se encontraron proyectos de grado y proyectos de investigacin, los cuales se presentan a continuacin: Determinacin de las ecuaciones del mdulo de elasticidad esttico y dinmico del concreto producido en Bucaramanga y su rea Metropolitana.

Proyecto de grado realizado por L.M. Torrado G. y N.A. Porras A., dirigido por PhD. M.F. Serrano G., 2009.Del estudio realizado en un proyecto de grado de la Universidad Pontificia Bolivariana, se concluy que el concreto producido en Bucaramanga posee una ecuacin propia en cuanto al valor del mdulo de elasticidad con un valor menor al propuesto en la Norma Sismo Resistente Colombiana 2010, con la cual se determinaron los siguientes valores para el mdulo de elasticidad para concretos elaborados con materiales y cementos de la zona, en plantas de concreto de la regin.La resistencia con la cual se elabor el proyecto de grado, fue para concreto fc = 210 Kg/cm2 , cuando se conoce la resistencia mxima es: en Kg/cm2 en MPa Cuando se conoce el peso unitario y la resistencia mxima la ecuacin ajustada es: en Kg/cm2 en MPaEn cuanto al mdulo dinmico, para cuya determinacin se utiliz el ensayo de velocidad de pulso ultrasnico, la relacin entre el mdulo esttico y dinmico encontrada es: en Kg/cm2 en MPaEl mdulo de Poisson para la media de las muestras fue del orden de n=0.16, que corresponde al valor de este parmetro para concretos normales.La velocidad de pulso ultrasnico tiene una relacin con el mdulo de elasticidad, el mdulo de Poisson y la densidad del material.

Donde:VL: velocidad medida con pulso ultrasnicoEd: mdulo de elasticidad dinmico del concreton: valor del coeficiente de Poissonr: densidad del materialLa ecuacin propuesta para determinar el mdulo de elasticidad dinmico del concreto es:

Donde:Ec: Mdulo de elasticidad secante (MPa)S1: Esfuerzo correspondiente a la deformacin longitudinal 1de las 50 millonsimas, en MPa.S2: Esfuerzo correspondiente a la del 40% de la carga ltima.2: Deformacin longitudinal producida por el esfuerzo S2.El mdulo de Poisson se obtuvo mediante la aplicacin de la norma NTC 4025.

Determinacin del mdulo de elasticidad en estructuras de concreto sin refuerzo a partir de medidas de velocidad de pulso ultrasnico.

Proyecto de grado realizado por J.I. Vargas A., J.C. Ramrez A., dirigido por R.A. Cruz H., 2012Se utilizan dos tipos de equipos de ensayos para velocidad de pulso ultrasnico, Pundit Plus y Controls, con los cuales se proponen las ecuaciones:

Para el equipo Pundit Plus Para el equipo controlsLas conclusiones del proyecto de grado, plantean que la tcnica no debe ser utilizada como mtodo sustituto, sino como mtodo adicional o complementario que permite conocer desde la perspectiva de los ensayos las propiedades y caractersticas del concreto especificado atendiendo a su calidad y durabilidad.Con la ecuacin para determinar el mdulo de elasticidad dinmico, basado en la velocidad de pulso ultrasnico y la densidad del material, y el mdulo de Poisson, para ajustar el valor del mdulo de elasticidad.

Los resultados obtenidos son muy dispersos. Se determin que los datos obtenidos con diferentes equipos presentan variaciones, con lo cual se considera que las variaciones presentadas obedecen a la calibracin de cada equipo.Los valores del mdulo de elasticidad esttico con las frmulas empricas, utilizados como referencia, fueron menores a los obtenidos con los equipos de UPV, en un orden del 70%.Lo anterior indica que si tenemos mdulos de elasticidad, ms aproximados a la realidad, los resultados de los clculos estructurales, permitir que se realicen adecuaciones a costos equilibrados entre los trabajos de reforzamiento y el desempeo de las estructuras.

Prediccin de la resistencia del concreto con base en la velocidad de pulso ultrasnico y un ndice de calidad de los agregados

Sols, R., et.al. / Ingeniera 8-2 (2004) 41-52El ensayo de velocidad de pulso ultrasnica es muy utilizada para evaluar estructuras de concreto debido a su simplicidad, versatilidad y repetitividad. El carcter heterogneo del concreto y el hecho de que las estructuras con este material sean, en algunas ocasiones, construidas sin estricto control industrial, provocan gran variabilidad en sus propiedades fsicas; lo anterior da lugar a que no exista un nico valor de la velocidad para cada valor de la resistencia a la compresin de este material. El objetivo del estudio es identificar variables adicionales a la velocidad que expliquen la varianza independiente en la resistencia. Experimentalmente se manipularon tres variables: la fuente de origen de los agregados, la relacin agua/cemento (A/C) y la relacin entre la grava y la arena. Se encontr que la A/C fue la principal fuente de varianza, tanto en la velocidad como en la resistencia, y por lo tanto a ella se puede atribuir la correlacin entre estas variables. Por otro lado, las principales fuentes de dispersin en esta correlacin fueron el ndice de calidad de los agregados, variable que fue definida en base a las principales propiedades de los agregados mismos, y la cantidad de agua de mezclado.

Se obtuvo resultados de velocidad de pulso ultrasnico mayores en las probetas con relacin A/C, menor, de las relaciones A/C, ensayadas, 0.40, 0.50, 0.60 y 0.70. La relacin A/C est relacionada directamente con la durabilidad del concreto y la porosidad del mismo.En esta publicacin se determina que la velocidad de pulso ultrasnico es un mtodo confiable para determinar el valor del mdulo de elasticidad del concreto.

El mtodo de velocidad de pulso ultrasnico

Tarun R. Naik, University of WisconsinMilwaukee. V. Mohan Malhotra, Department of Natural Resources, Canada, Ottawa. John S. Popovics, University of Illinois at UrbanaChampaign, 2004Los ensayos se realizan con equipos convencionales para ensayos no destructivos, con la emisin de una onda ultrasnica, por un transductor emisor, en una de las caras del elemento y un transductor receptor, recibe la seal que es interpretada por el equipo. Las frecuencias en que trabajan los equipos son determinantes a la hora de aplicar esta tecnologa y se encuentran usualmente entre 25 a 100KHz.

Los factores que generan variaciones en el ensayo estn directamente relacionadas con la porosidad del concreto y estos dependen de la relacin A/C y de la calidad de los agregados, principalmente. La edad del concreto es un factor fundamental, para determinar la resistencia del concreto con relacin a la velocidad del pulso ultrasnico, bajo la consideracin que el concreto contina adquiriendo resistencia a lo largo de su vida til.

Colocacin de los transductores de acuerdo con el acceso a las caras del elemento.El efecto de la edad del concreto en la velocidad del pulso es similar al efecto en el desarrollo de la resistencia del concreto. Demostr que la velocidad aumenta muy rpidamente al principio, pero pronto se nivela. Esta tendencia es similar a la resistencia frente a la curva de edad para un tipo particular de concreto, pero la velocidad de pulso alcanza un valor lmite, con el esfuerzo. Concluy, adems, que una vez que la curva de velocidad de pulso se nivela, los errores experimentales hacen imposible estimar el esfuerzo con precisin.

La velocidad de pulso ultrasnico y el martillo de rebote como herramientas END para la evaluacin de la calidad de las estructuras.

Suresh Chandra Pattanaik. Research Scholar, School of Civil Engineering, KIIT University, Bhubaneswar-751024 and Team Head, Dr. Fixit Institute of Structural Protection & Rehabilitation,Mumbai-400059. 2010La evaluacin del estado de las estructuras con los diferentes mtodos de ensayos no destructivos, con el la utilizacin del martillo de rebote o esclermetro, es usado por muchos consultores. Pero el martillo de rebote no se debe utilizar solo para las estructuras existentes con aos de uso, para la prediccin de la evaluacin de la vida til o daos. Sin embargo la velocidad de pulso ultrasnico es ms fiable para estos fines y puede ser utilizar junto con las pruebas de martillo de rebote. El estudio presenta un mtodo de prueba combinado para la evaluacin del estado de las estructuras por una correlacin adecuada entre estas dos pruebas, junto con la prueba de ensayo a compresin. Un factor de correccin se puede utilizar para una evaluacin rpida de la calidad del concreto por el martillo de rebote. Como el concreto es un heterogneo y se ve afectado por muchos factores, no se recomienda utilizar alguna curva estndar o correlacin establecida no para la realizacin de estos ensayos. La combinacin de estos mtodos de END, debe establecerse para cada par de instrumentos para la evaluacin del estado de las estructuras.La conclusin del estudio, realizado a edades de 7, 28 y 90 das, para evaluar el estado de las estructuras por mtodos de ensayos no destructivos, como la UPV y el rebote del martillo es muy til para predecir la vida til de las estructuras y el deterioro de las estructuras, siempre que el seguimiento peridico de los miembros de las estructuras sea llevado a cabo en los mismos elementos. Dado que el concreto es heterogneo y las pruebas se ven afectadas por diversos factores como la edad del concreto, la profundidad de carbonatacin, el acero de refuerzo, las grietas y huecos en el interior del elemento de concreto, una prueba combinada ayuda para la evaluacin de la resistencia y durabilidad.La investigacin experimental mostr que existe una correlacin entre la fuerza de compresin, el martillo de rebote y la velocidad de pulso ultrasnico. Sin embargo el martillo de rebote debe ser utilizado solo para determinar la resistencia a la compresin de las estructuras. La velocidad de pulso ultrasnico es el mtodo de END ideal para predecir el deterioro de las estructuras y para determinar la vida til de las estructuras.

El uso de USPV para anticipar rotura del concreto bajo compresin

La utilizacin del ensayo de velocidad de pulso ultrasnico es una herramienta para controlar la presencia de fisuras iniciales en estructuras de concreto y, por lo tanto, se tomada como un lmite inicial para una posible falla de las estructuras. Los experimentos utilizando el ensayo de velocidad de pulso ultrasnico se han llevado a cabo, en condiciones de laboratorio, en varias probetas de concreto cargados a compresin hasta la falla. Los lotes de muestras especiales, que muestran la relacin entre la velocidad a travs del concreto y la tensin durante la carga. Los resultados mostraron que las fisuras importantes se produjeron a nivel de tensin de aproximadamente 85% de la carga de rotura. La velocidad media en este lmite crtico fue de aproximadamente el 94% de la velocidad inicial y la deformacin correspondiente estaba en el intervalo de 0,0015 hasta 0,0021.La suma de los anchos de fisura se ha calculado utilizando las relaciones especiales y mediciones. Este valor que corresponde a la velocidad relativa 94% fue entre 5,2 y 6,8 mm.La determinacin del nivel de falla puede ser difcil y poco fiable sin el uso de mtodos y procedimientos complicados tales como la prueba de carga. A veces, los procedimientos y los mtodos especiales que se han diseado, probado y luego aplicada al elemento en cuestin. Tales mtodos son por lo general lento y costoso. Sin embargo, no hay conclusiones definitivas que se puedan representar como relaciones de tales mtodos, especialmente cuando el ingeniero tiene que decidir sobre diversas medidas correctivas, incluyendo la demolicin de la estructura.El mtodo presentado aqu es una tcnica que se puede aplicar a las estructuras que presentan agrietamiento en los elementos con el fin de obtener una conclusin sobre la regin ensayada de la estructura.La idea bsica es medir la velocidad a travs del concreto en las regiones sin fisuras y en las zonas con fisuras. Es claro que la velocidad de las ondas en el concreto se reduce cuando hay una grieta interna. Se puede realizar una prueba de la transmisin de las ondas en las probetas secas y las probetas hmedas, con las grietas llenas con agua.

4.3. Metodologas analticas empleadas en la determinacin de las propiedades de los elementos de concreto. 4.3.1. Modelos bsicos fsicos

Evaluacin de la resistencia del concreto Pruebas superficiales o inspeccin visual El rebote del martillo (esclermetro) Prueba de arrancamiento Mtodo de MadurezDeteccin de defectos basado en ondas de tensin Velocidad de pulso ultrasnico Mtodo de Impacto eco Mtodo de impulso-respuesta El mtodo ultrasnico-eco Ubicacin de refuerzo Detector superficial Radar de penetracin de tierraEvaluacin de la corrosin de la armadura Principios Durabilidad La penetracin de agua o permeabilidad Contenido de cloruros La carbonatacin Perfil de Cloruro Estimacin de la vida de servicio El potencial de media clula Velocidad de corrosin Conductividad Concreto La penetracin de cloruro Rpida Mtodos de ensayo avanzadas Caractersticas Aire vacos El calor de hidratacin Rheologa del Concreto Contraccin Autgena

4.3.2. Tipos de ensayos no destructivos END (NDT)

INFORME SOBRE MTODOS DE PRUEBA no destructivos para la evaluacin del CONCRETO EN ESTRUCTURAS (ACI 228.2R-13)Tabla Resumen de los mtodos de ensayos no destructivos3.1Inspeccin visual- Observar, clasificar y documentar la aparicin del estrs en las superficies expuestas de la estructura.Mapa patrones de estrs tales como defectos de craqueo, desconchado, incrustaciones, erosin, o de la construccin.

3.2.1Ultrasnica a travs de la transmisin (velocidad de pulso)- Medir el tiempo de viaje de un pulso de ondas ultrasnicas a travs de una longitud de trayectoria conocida.Determinar la condicin relativa o uniformidad de concreto basado en la velocidad del pulso medida.

3.2.2Eco Ultrasnico- El transductor emite un pulso corto de ondas ultrasnicas, que se refleja en el lado opuesto del miembro o un defecto interno; la llegada del pulso reflejado es registrada por un receptor adyacente (mtodo de emisin y recepcin), y se determina el tiempo de viaje de ida y vuelta.Busca dentro de los elementos concretos de una variedad de defectos tales como exfoliaciones, huecos, hormigueros, o medida de espesor del elemento.

3.2.3Impacto-eco- El receptor adyacente al impactar monitorea en el de llegada la onda de tensin, ya que se somete a mltiples reflexiones entre la superficie y el lado opuesto del miembro en forma de placa o de defectos internos. El anlisis de frecuencia permite la determinacin de la distancia de reflector si se conoce la velocidad de onda.Localizar una variedad de defectos en elementos de concreto, tales como exfoliaciones, huecos, hormigueros, o medida de espesor del elemento.

3.2.4Anlisis espectral de ondas superficiales- El impacto se utiliza para generar una onda de superficie y dos receptores que monitorean el movimiento de superficie; el anlisis de la seal permite la determinacin de la velocidad de onda como una funcin de longitud de onda; el proceso de inversin determina las constantes elsticas de capas.Determinar el perfil de la rigidez de un sistema de pavimento. Tambin se utiliza para determinar la profundidad del deterioro por tipo de dao de concreto.

3.2.53.3.2Impulso-respuesta- La superficie del elemento es golpeado con un martillo instrumentado y los transductores adyacentes realizan la medida de la respuesta dinmica; el anlisis de la seal permite la determinacin de caractersticas de las regiones analizadas por los defectos del elemento. Localizar defectos en estructuras similares a placas. Localizar los huecos debajo de las losas sobre terreno. Localizar grietas o estrechamientos en cimentaciones profundas. Proporciona informacin sobre la baja rigidez por tensin dinmica del sistema de eje/subsuelo.

3.3.1Sonic-eco- Martillo de impacto en la superficie y con unos monitores receptores, reflejan ondas de tensin. Anlisis de dominio de tiempo utilizado para determinar el tiempo de viaje.Determinar la longitud de cimentaciones profundas (pilotes y muelles); determinar la localizacin de grietas o estrechamientos de los elementos.

3.3.2Mtodo de impulso-respuesta (movilidad)- La superficie del elemento se golpea con un martillo instrumentado y adyacente con los transductores se toman los datos de la respuesta dinmica; el anlisis de la seal de dominio de frecuencia permite determinar las caractersticas de elemento probado.Determinar la longitud de cimentaciones profundas (pilotes y muelles); determinar la localizacin de grietas o estrechamiento de los elementos.

3.3.3Registro de Impedancia- Este ensayo es similar a Sonic-eco o de impulso-respuesta, pero el uso de la seal de anlisis son ms complejos (dominios de tiempo y frecuencia) permite reconstruir la forma aproximada de la cimentacin profunda.Determinar la forma aproximada de dos dimensiones (2-D) de la fundacin.

3.3.4Registro de seales profundo, crosshole snica (CSL)- Anloga a la velocidad de pulso ultrasnico (UPV) prueba, los transductores estn colocados dentro de tubos llenos de agua incluidos en los cimientos o agujeros perforados despus de la construccin de la cimentacin profunda.Determinar la ubicacin de baja calidad de concreto y defectos a lo largo de la longitud del eje y entre los transductores. Con agujeros perforados permite la determinacin directa de la longitud del eje.

3.3.5Ssmica paralela- El receptor se coloca en el orificio junto a la fundacin. La fundacin se golpea con un martillo y se registra la seal del receptor. La prueba se repite con el receptor en el aumento de la profundidad.Determinar la profundidad de la cimentacin y determinar si es de calidad uniforme.

3.4.2Radiometra La transmisin directa de la densidad- Medir la intensidad de la radiacin electromagntica de alta energa despus de pasar a travs del concreto.Determinar la densidad in situ de concreto fresco o endurecido. Localizar el acero de refuerzo o huecos.

3.4.3Retrodispersin radiometra de densidad- Medir la intensidad de la radiacin electromagntica de alta energa que se retro dispersa (reflejada) por la regin cercana a la superficie de una pieza de concreto.Determinar la densidad in situ de concreto fresco o endurecido.

3.4.4Radiografa- La intensidad de la radiacin electromagntica de alta energa, que pasa a travs de un miembro, se graba sobre una pelcula fotogrfica.Localizar armado y pretensado de acero, conductos, tuberas, huecos, y panal de abeja.

3.4.5Gamma-gamma registro de fundaciones profundas- Consulte Transmisin en directo y radiometra retrodispersin. Fuente radiactiva y el detector se bajan en tubos de acceso separados emitidos en cimentacin profunda.Localizar las regiones de baja densidad a lo largo de la longitud de la fundacin.

3.5.1Medicin Suerficial- A veces conocido como un localizador de barra de refuerzo, es un campo magntico alterno de baja frecuencia aplicada en la superficie de la estructura; la presencia de refuerzo embebido altera este campo, y la medicin de este cambio se ofrece informacin sobre el refuerzo.Localizar refuerzo en acero embebida, medir la profundidad de la cubierta, estimar el dimetro y determinar la direccin del refuerzo.

3.5.2Potencial de media clula- Medir la diferencia de potencial (voltaje) entre la armadura de acero y un electrodo de referencia estndar; la tensin medida proporciona una indicacin de la probabilidad de que la corrosin se est produciendo en el refuerzo.Identificar regin o regiones en una estructura de concreto armado donde hay una alta probabilidad de que la corrosin se est produciendo en el momento de la medicin.

3.5.3Resistividad Concreto- En el mtodo de cuatro electrodos, a menudo llamado Wenner Array, mide el potencial elctrico entre dos electrodos interiores debido a la corriente entre dos electrodos exteriores. Calcular resistividad basada en el modelo asumidoSe utiliza como complemento de media celda potencial de la encuesta; regiones de baja resistividad pueden estar asociados con alta tasa de corrosin de la armadura si hay corrosin activa. En el laboratorio, el mtodo se puede utilizar para evaluar la resistencia al transporte de fluidos de muestras saturadas.

3.5.4Resistencia a la Polarizacin Lineal- Aplicar pequeo cambio de corriente y la medida en la diferencia de potencial entre el refuerzo y un electrodo de referencia estndar; los cambios de corriente y voltaje medidos permiten la determinacin de la resistencia a la polarizacin, que est relacionada con la velocidad de corrosin.Determinar la velocidad de corrosin instantnea del refuerzo situado por debajo del punto de prueba. Al tomar lecturas en momentos clave durante un ciclo anual, se puede aproximar la vida til.

3.5.5Flujo Magntico de dispersin- Campo magntico fuerte- se aplica a un miembro de concreto armado. El campo induce un flujo magntico en el refuerzo. Si hay una barra de fractura o de alambre, el flujo se interrumpe y las lneas magnticas de flujo fuera del concreto, que son detectados por un sensor de campo magntico. Presencia de fuga de flujo se utiliza como indicador de rotura de hilo.De uso general para la inspeccin de tuberas de las soldaduras. Ha sido adaptado para detectar roturas de cables en miembros de concreto pretensado.

3.6Mtodos para medir las propiedades de transporte- Medir el flujo de un fluido (aire o agua) en el concreto bajo condiciones de prueba prescritas; la tasa de flujo depende de las propiedades de transporte del concreto. Transporte puede ser por permeabilidad absorcin, difusin, o su combinacin.Comparar las mezclas de concreto alternativos. Principalmente investigar herramientas, pero tienen el potencial de ser utilizado para la evaluacin de la adecuacin de los procesos de curado.

3.7La termografa infrarroja- La presencia de defectos dentro del concreto afecta a las propiedades de conduccin de calor del concreto y la presencia de defectos se indican por diferencias en las temperaturas de superficie cuando el objeto de prueba se expone a corregir condiciones ambientales. Bajo condiciones de calentamiento, de impulsos controlados, la evolucin de la distribucin de temperatura de la superficie puede estar relacionada con la profundidad del defecto relativa.Busque cerca de la superficie delaminaciones en pavimentos y tableros de puentes. Bien adaptado para detectar delaminaciones en polmero laminadas reforzados con fibras utilizadas para el fortalecimiento de los elementos de concreto. Tambin ampliamente utilizado para la deteccin de aislamiento hmedo en edificios.

3.8Radar- De forma anloga al mtodo de emisin y recepcin de ultrasonidos, excepto que las ondas electromagnticas se utilizan en lugar de las ondas de tensin. Interfaz entre materiales con diferentes propiedades dielctricas resulta en la reflexin de una parte de pulso electromagntico incidente.Localizar empotramientos metlicos, huecos debajo de los pavimentos y las regiones de alto contenido de humedad; determinar el espesor de los miembros.

Mtodo de eco de impacto.

4.4. Trabajos realizados considerando desviaciones

Ventajas y limitaciones: El mtodo de la velocidad de pulso es un medio excelente para la investigacin de la uniformidad del concreto. La prueba procedimiento es sencillo y el equipo disponible en el mercado es fcil de usar en el laboratorio, as como en el campo.Los procedimientos de prueba han sido normalizados por ASTM y otras organizaciones, y el equipo de prueba est disponible de varias fuentes comerciales. Con la disponibilidad de pequeos instrumentos digitales porttiles, que son relativamente baratos y fciles de operar, las pruebas de ultrasonidos aaden una nueva dimensin a la calidad de control del concreto en el campo.Pruebas de velocidad ultrasnica se pueden llevar a cabo en los dos especmenes de ensayo en laboratorio de tamao y concreto estructuras. Este hecho, combinado con el conocimiento de que las tcnicas de ultrasonido proporcionan un medio eficaz de delinear tanto de superficie como grietas internas en las estructuras de concreto, mejora la utilidad de estas pruebas.Dado que un gran nmero de variables afecta a las relaciones entre los parmetros de resistencia de concreto y su velocidad de pulso, el uso de este ltimo para estimar las resistencias a la compresin y / o de flexin de concreto no se recomienda a menos que se haya realizado la prueba de correlacin anterior.Efecto de las barras de refuerzo. La velocidad de pulso medido en concreto armado en la proximidad de las barras de refuerzo es a menudo mayor que en concreto simple de la misma composicin. Esto es debido a que la velocidad de pulso de compresin en el acero es 1.4 a 1.7 veces mayor que en concreto simple y, bajo ciertas condiciones, el primer impulso para llegar a la recibir transductor se desplaza en parte en concreto y en parte en el acero. El aparente aumento de la velocidad del pulso depende de la proximidad de las mediciones a la barra de refuerzo, las dimensiones y el nmero de las barras de refuerzo, su orientacin con respecto a la trayectoria de propagacin, y la velocidad de pulso en el concreto.La influencia de la presencia de las barras de refuerzo se puede calcular asumiendo que el pulso atraviesa el dimetro completo de cada barra durante su paso. Si hay n diferentes barras de dimetro Qi (i = 1 hasta n) directamente en la trayectoria del pulso, con sus ejes perpendiculares a la trayectoria de propagacin.

De dos vas de Refuerzo: Refuerzo de acero en dos o ms direcciones complica la interpretacin de las mediciones de velocidad del pulso. Correcciones basadas en la Tabla 8.3 y la Tabla 8.4 se pueden calcular para sistemas bien definidos simples de refuerzo, pero puede llegar a ser imposible hacer cualquier correccin fiable para la ms complicada, en gran medida el concreto armado.5. Cronograma6. Presupuesto

7. Bibliografa

Powers, T.C., 1938. Measuring Youngs modulus of elasticity by means of sonic vibrations, Proc. ASTM.Obert, L., 1939. Sonic method of determining the modulus of elasticity of building materials under pressure, Proc. ASTM.Hornibrook, F.B.,1939. Application of sonic method to freezing and thawing studies of concrete, ASTM Bull.Thomson, W.T., 1940. Measuring changes in physical properties of concrete by the dynamic method, Proc. ASTM.FREDY CHOJOLN DUARTE. Caracterizacin del concreto a nivel microestructural. Trabajo de grado ingeniera civil. Guatemala. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de ingeniera. 2004. 146 p. MARIELA CORDERO. Estudio de la vida til de estructuras de concreto pretensado frente a corrosin por cloruros. Trabajo de grado ingeniera civil. Barcelona. Universidad Politcnica de Catalunya. Departamento de ingeniera de construccin. 2005. 244p. HERRERA, Julin Orlando. Evaluacin de las propiedades fsicas y mecnicas por medio de medidas de velocidad de pulso ultrasnico (VPU) de un concreto convencional como aporte al estudio de la durabilidad. Tesis de Magister en Ingeniera de Materiales. Bucaramanga. Universidad Industrial de Santander (UIS). 2011. 135p. HENRIKSTANG. Concrete cover cracking due to uniform reinforcement corrosin. En: Materials and Structures. Enero, 2013. MIGUEL ANGEL BERMUDEZ ODRIOZOLA. Corrosion de las armaduras del concreto armado en amiente marino. Tesis doctoral. Madrid. Universidad Politcnica de Madrid. Escuela tcnica superior de ingenieros de caminos, canales y puertos. 2007. 544p. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - INSTITUTO NACIONAL DE VIAS(INVIAS). Estudio e Investigacin del Estado Actual de las Obras de la Red Nacional de Carreteras. Manual para la Inspeccin Visual de Puentes y Pontones. Bogot, 2006. 53 p. MINISTERIO DE FERROCARRILES del GOBIERNO DE LA INDIA. Direccin General De Caminos Y Ferrocarriles. Guidelines on non-destructive testing of bridges. Agosto. 2009. 133p Francisco Lee Orantes, Andrs A Torres Acosta, Jorge Tern Guilln, Miguel Martnez Madrid. Caracterizacin de un sistema de refuerzo-proteccin en elementos de concreto reforzado daados por corrosin, utilizando compuestos base fibras de carbn. 2006. Publicacin Tcnica No 295 Sanfandila, Qro. 2006. ISSN 0188-7297. ENRIQUE H. MONTES, LUISA M. GIL MARTN. Concreto armado y pretensado concreto reforzado y pre-esforzado. ISBN: GR-2974/2007. Espaa. 2007. 402 p. FRANCISCO JAVIER PARDO RIAO, EDUAR RAMIRO PEREZGERENA. Evaluacin de el efecto de las barras de refuerzo del concreto sobre las medidas de velocidad de pulso ultrasnico. Trabajo de grado en Ingeniera de Materiales. Bucaramanga. Universidad Industrial de Santander (UIS). 2010. 123p. LUIS ALBERTO VSQUEZ CORASPE. Estudio y caracterizacin mediante ensayos no destructivos con ultrasonido de materiales compuestos concreto - raspadura de caucho (ripio). Trabajo especial de grado. Caracas,Universidad Central de Venezuela. 2003. 173 p. National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board, National Research Council, Nondestructive Methods for Condition Evaluation of Prestressing Steel Strands in Concrete Bridges. Marzo. 1999. 81 p. KAMERTUNCBILEK, Technology combines NDT methods to inspect prestressed concrete for corrosin, En: Materials performance. Noviembre of NACE International, 2012, Vol. 51, No. 1. WILLIAM GONZLEZ PARRA. Propuesta de una metodologa no destructiva para lainspeccin de puentes de concreto reforzado en servicio. Trabajo de grado. Bucaramanga. Universidad Industrial de Santander. Facultad de ingenieras fsico qumicas. Escuela de ingeniera metalrgica y ciencia de los materiales. 2012. 102 p. YICHING LIN, SHIH-FANG KUO Y OTROS, Investigation of Pulse velocity-strength relationship of hardened concrete, ACI Materials Journal (2007) V 104 N 4 pp 344 350. LAWRENCE HARPER JONES. Inspection Methods & Techniques to Determine Non Visible Corrosion of Prestressing Strands in Concrete Bridge Components. Tesis de maestra. Lehigh University. 2010. 254p.

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