avances en ensayos no destructivos - facultad de ingeniería

Avances en ensayos no destructivos

Prof. Dr. Ing. Gonzalo Cetrangolo - [email protected]

Antecedentes del grupo de investigación: Análisis Experimental de Estructuras

- Avances en la determinación de estados de carga en elementos de

hormigón.

- END aplicados a la caracterización de losas y pavimentos de hormigón.

- END aplicados a la caracterización de cemento Portland nacional.

- Caso de estudio: detección y diagnóstico de Alcalí-Agregado en Uruguay.

Reacción Alcali-AgregadoCementos ENDVisualización en 3DCompresión en hormigónIntro

Análisis estructural y patología de estructuras


Caracterización de materiales


Análisis dinámico de estructuras

0 5 10 150

1

2

3

4

5

6

7

8

X: 1.843

Y: 7.823


Ensayos no destructivos aplicados al diagnóstico estructural

Colapso de armaduras antes de hormigonar


Diagnóstico de estructuras patrimoniales


Determinación del estado tensional en elementos de hormigón comprimidos


- Determinación de diferencias significativas en el estado de

carga de columnas o pilares

- Deficiencias en la tensión de compresión aplicada a

elementos estructurales pre y postensado

- Falta de métodos experimentales para la determinación del

estado de carga estructuras de hormigón

Motivación


Existen antecedentes en hormigón pretensado donde se detectó de forma experimental

que la teoría lineal no explica el comportamiento de elementos comprimidos de hormigón.


Materiales y Métodos


Resultados

1741.9 HzAumento de la frecuencia

5 MPa0 MPa


Resultados

Compresión (MPa)

Frec

uen

cia

(Hz)

Espécimen 1Espécimen 2Espécimen 3Promedio


Resultados: modelo numerico (FEM)

Compresión (MPa)

Frec

uen

cia

(Hz)Modelo no linealModelo lineal


Resultados: modelo numerico no lineal y experimentales

Compresión (MPa)

Frec

uen

cia

(Hz)

Modelo no linealExperimental


Comentarios:

Los resultados experimentales muestran que la frecuencia fundamental de vibración torsional de elementos de hormigón aumenta al aumentar el nivel de compresión del elemento.

En promedio el incremento es de entre 0.6 y 2.7% con respecto a la frecuencia en estado descargado, para niveles de compresión que van desde 1 a 5 MParespectivamente.

Los cambios en frecuencia corresponden a incrementos en promedio de 9.5 Hz por cada incremento del orden de 1 MPa en la tensión de compresión del elemento.


Visualización en 3 dimensiones del interior de losas de hormigón


Materiales y Métodos


GPR

Interfase

Hormigón-Acero

Hormigón-Aire

Acero

GPR

Hormigón


GPR


Ultrasonido: Pulso-Eco

Interfase

Hormigón-Acero

Hormigón-Aire


Detección de vainas y fondo de la losa

Vainas

Vainas

Fondo de losaFondo de losa


Ultrasonido: Pulso-Eco

Corte a 8 cm

Corte a 10 cm


Resultados


Comentarios:

- El GPR es muy sensible para la detección de armaduras y vainas metálicas

- Con el Ultrasonido Pulso-Eco se puede determinar espesores y detectar la prescencia de huecos

- Fusión de datos mejora la visualización del interior del hormigón


Caracterización de Cemento Portland Mediante Ensayos en probetas de Mortero

Objetivo: verificar la calidad del cemento Portland y comparar los

resultados de ensayos destructivos con los resultados de ensayos no

destructivos.

Materiales: Cemento Normal (CPN), Cemento Fillerizado (CNF) y

Cemento de Bajo Calor de Hidratación (CBCH).

Ensayos Destructivos: Compresión a 2, 7 y 28 días.

Ensayos no Destructivos: Ultrasonido y Resonancia Mecánica.


Ensayos no destructivos aplicados a morteros

𝑉𝑃 ≅𝐸

𝜌→ 𝐸 ≅ 𝑉𝑃

2 𝜌

Ultrasonido:

Módulo de Elasticidad → Resistencia a compresión


Ensayos no destructivos aplicados a morterosResonancia:

Módulo de Elasticidad → Resistencia a compresión

Excitación

Dirección de propagación Vibración de las partículas

𝐸 = 𝑘. 𝑓𝑙𝑜𝑛𝑔2

0.08 0.082 0.084 0.086 0.088 0.09 0.092 0.094 0.096 0.098 0.1-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000Respuesta de aceleraciones de una probeta cilindrica en función del tiempo

Tiempo (segundos)

Am

plitu

d (

mV

)

Tiempo (seg.)

Am

plit

ud (

volts)

Am

plit

ud (

volts)

0.08 0.082 0.084 0.086 0.088 0.09 0.092 0.094 0.096 0.098 0.1-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000Respuesta de aceleraciones de una probeta cilindrica en función del tiempo

Tiempo (segundos)

Am

plitu

d (

mV

)Am

plit

u (

volts)

FFT

0.5 1 1.5 2 2.5

x 104

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

5

X: 1.414e+004

Y: 2.84e+005

Frecuencia (Hz.)

Am

plitu

de (

U.A

.)

Frecuencia de Resonancia Longitudinal obtenida de una probeta de mortero cilindrica

14 100 Hz

acelerómetro

Impacto


y = 2.32x - 44.53R² = 0.88

10

20

30

40

50

60

70

20 25 30 35 40 45 50

Re

sist

en

cia

a C

om

p.

(MP

a)

Módulo de Elasticidad Dinámico (GPa)

Probetas CPN: Módulo de Elasticidad Dinámico vs. Resistencia a Compresión

y = 2.02x - 31.67R² = 0.83

10

20

30

40

50

60

70

20 25 30 35 40 45 50

Re

sist

en

cia

a C

om

p.

MP

a)


Probetas CNF: Módulo de Elasticidad Dinámico vs. Resistencia a Compresión

y = 2.30x - 38.06R² = 0.89

10

20

30

40

50

60

70

20 25 30 35 40 45 50

Re

sist

en

cia

a C

om

p.

(MP

a)


Probetas CBCH: Módulo de Elasticidad Dinámico vs. Resistencia a Compresión


y = 0.0528x - 197.11R² = 0.9548

0

10

20

30

40

50

60

70

3700 3900 4100 4300 4500 4700 4900

Re

sis

ten

cia

a C

om

pr.

(M

Pa

)

VPU (m/s)

Probetas CPN: VPU vs Resistencia a Compresión

y = 0.0456x - 163.89R² = 0.9045

0

10

20

30

40

50

60

3700 3900 4100 4300 4500 4700 4900

Re

sis

ten

cia

a C

om

pr.

VPU (m/s)

Probetas CNF: VPU vs. Resistencia a Compresión

y = 0.0494x - 179R² = 0.8865

0

10

20

30

40

50

60

70

3700 4200 4700

Re

sis

ten

cia

a C

om

pr.

VPU (m/s)

Probetas CBCH: VPU vs. Resistencia a Compresión


0

20

40

60

80

0 10 20 30

Evolución de la resistencia para CPN

Edad (días)

Res

isit

enci

a a

Co

mp

resi

ón

(MP

a)

Mayor dispersión entre los valores de resistencia obtenidos (>40 MPa)


Edad (días)

Res

isit

enci

a a

Co

mp

resi

ón

(MP

a)

0

20

40

60

80

0 10 20 30

Crecimiento de resistencia de dos muestras

6.1 MPa

6.8 MPa


Comentarios:

- Buena correlación entre los END y la resistencia a compresión en probetas

de mortero ensayadas en condiciones de laboratorio

- Los resultados obtenidos con ultrasonido muestran mayores índices de

correlación lineal con la resistencia

- La propia variabilidad del cemento ensayado hace que sea difícil obtener

una buena estimación de la resistencia a compresión con valores

obtenidos a edades tempranas

Reacción Alcali-AgregadoVisualización en 3DCompresión en hormigónIntro Cementos END

Caso de Estudio: Detección y Diagnóstico de Reacción Alcali Agregado en Uruguay


Reacción Alcali Agregado

Estudio de Antecedentes, etc.Inspección Visual

Extraccion de testigos yEnsayos No Destructivos

Tinciones Selectivas, Analisis de Microscopía

Reactividad de Agregados


Las tinciones se producen en presencia de la reacción, pero también se pueden producir por otras causas.

Las tinciones selectivas se deben tomar como un indicador.

Solución de sodio cobalto nitrito Solución de Rodamina B


Acumulación de producto blancuzco• Formación cuarteada con deposiciones (100 μm)

• Formaciones tipo “agujas” o “hilos” (10 μm) (RILEM, 2013).

• Espectro EDS• Presencia de Potasio y Calcio (menor contenido de Calcio)


Zona superior a depósito blancuzco– Formaciones tipo “placas” (10 μm)

Espectro EDS

– Presencia de Potasio y Calcio (mayor contenido de Calcio)

La morfología observada, junto al espectro, confirman la presencia de la RAA (RILEM, 2013).


Zona de depósito blancuzco.• Formaciones tipo “agujas” (10 μm)


Espectro EDS

Presencia de azufre (S), Calcio (Ca) y Aluminio (Al).

Consistente con deposiciones de Etringita (sulfoaluminato)

Las tinciones dieron indicios de la RAA.

El análisis microestructural mediante MEB/EDS permitió identificar

productos de la Reacción Alcali Agregado.

Se confirmó que la RAA es una de las causas de la fisuración. Sin

embargo, la presencia de etringita puede dar pie a algún tipo de DEF.

Comentarios:


Muchas Gracias por su Atención!

[email protected]

avances en ensayos no destructivos - facultad de ingeniería

Documents