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NORMATCNICA NTG 41017 h27GUATEMALTECA

Titulo

Mtodo de ensayo. Medicin de la velocidad de Onda-P y el espesor de placas deconcreto utilizando el mtodo Impacto-Eco (Impact-Echo)

Correspondencia

Esta norma es esencialmente equivalente a la norma ASTM C1383-04 (re-aprobada en 2010) en la cual est basada, incluye la designacin propia de lasnormas guatemaltecas.

Observaciones

Aprobada: 2015-11-06

Comisin Guatemalteca de Normas

Ministerio de Economa

Calzada Atanasio Tzul 27-32 zona 12

Tel (502) 2447 2600

Info-coguanor@dsnc.gthttp://www.mineco.gob.gt

Referencia

ICS 91.100.30

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Prlogo COGUANOR

La Comisin Guatemalteca de Normas (COGUANOR) es el Organismo Nacional deNormalizacin, creada por el Decreto No. 1523 del Congreso de la Repblica del 05de mayo de 1962. Sus funciones estn definidas en el marco de la Ley del Sistema

Nacional de la Calidad, Decreto 78-2005 del Congreso de la Repblica.COGUANOR es una entidad adscrita al Ministerio de Economa, su principal misines proporcionar soporte tcnico a los sectores pblico y privado por medio de laactividad de normalizacin.

COGUANOR, preocupada por el desarrollo de la actividad productiva de bienes yservicios en el pas, ha armonizado las normas internacionales.

El estudio de esta norma, fue realizado a travs del Comit Tcnico deNormalizacin de Concreto (CTN Concreto), con la participacin de:

Ing. Xiomara Sapn RoldnCoordinador de Comit

Ing. Luis Alvarez ValenciaREPRESENTANTE ICCG

Ing. Estuardo HerreraREPRESENTANTE CEMENTOS PROGRESO

Ing. Leonel Morales AguirreREPRESENTANTE CEMEX GUATEMALA

Ing. Sergio Quionez GuzmnREPRESENTANTE PRECON

Ing. Hctor Rodolfo Orozco AvalosREPRESENTANTE INDEPENDIENTE

Arq. Ester Maria Alfaro de Schwartz

REPRESENTANTE ARK STUDIO

Ing. Max SchwartzREPRESENTANTE ARK STUDIO

Ing. Sergio SevillaREPRESENTANTE CIFA

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Arq. Jorge Luis ArvaloREPRESENTANTE CONCRETEST

Abel David ArriazaREPRESENTANTE MACIZO

Ing. Ramiro Callejas MontufarREPRESENTANTE FHA

Ing. Orlando QuintanillaREPRESENTANTE FHA

Paulo Cesar Castro BarrientosREPRESENTANTE MACROMIX

Ing. Armando Jose Diaz AldanaREPRESENTANTE MACROMIX

Gabriel GranadosREPRESENTANTE PRECSA

Ing. Hctor HerreraREPRESENTANTE COGUANOR

Ing. Kenneth MolinaREPRESENTANTE INDEPENDIENTE

Ing. Marlon Portillo MattaREPRESENTANTE MUNICIPALIDAD DE GUATEMALA

Ing. Marcelo QuionezREPRESENTANTE FORCOGUA

Ing. Javier Quionez

REPRESENTANTE CONCYT

Bradford RamrezREPRESENTANTE TECNOMASTER

Elder Armando RamosREPRESENTANTE CII-USAC

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Ing. Rodolfo Rosales BermdezREPRESENTANTE SUISA

Arq. Luis Fernando Salazar GirnREPRESENTANTE CIA-USAC

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NDICE

Ttulo Pgina

1. Objeto .............................................................................................................................................. 6

2. Documentos citados ...................................................................................................................... 7

3. Terminologa ................................................................................................................................... 7

4. Significado y uso .......................................................................................................................... 10

PROCEDIMIENTO A: MEDICIN DE LA VELOCIDAD DE ONDA-P........................................ 11

5. Resumen del procedimiento ...................................................................................................... 11

6. Equipo ........................................................................................................................................... 12

7. Preparacin de la superficie ...................................................................................................... 14

8. Procedimiento ............................................................................................................................... 14

9. Anlisis de datos y clculos ....................................................................................................... 16

PROCEDIMIENTO B- ENSAYO IMPACTO-ECO (IMPACT-ECHO).......................................... 17

10. Resumen del mtodo de ensayo .......................................................................................... 17

11. Equipo ........................................................................................................................................ 18

12. Preparacin de la superficie de ensayo............................................................................... 19

13. Procedimiento ........................................................................................................................... 19

14. Anlisis de datos ...................................................................................................................... 22

15. Interpretacin de resultados .................................................................................................. 22

16. Reporte ...................................................................................................................................... 24

17. Precisin y sesgo ..................................................................................................................... 25

18. Palabras Clave ......................................................................................................................... 25

APNDICE ............................................................................................................................................ 26X1. ERRORES SISTEMTICOS ...................................................................................................... 26

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Mtodo de ensayo. Medicin de la velocidad de Onda-P y el espesor de placasde concreto utilizando el mtodo Impacto-Eco (Impact-Echo)

1. Objeto

1.1. Este mtodo de ensayo cubre los procedimientos para determinar el espesorde losas de concreto, pavimentos, cubiertas de puentes, muros u otra estructuratipo placa, utilizando el mtodo Impacto-Eco (Impact-Echo).

1.2. Los siguientes dos procedimientos son cubiertos en este mtodo de ensayo:

1.2.1. Procedimiento A: Medicin de velocidad de Onda-P. Este procedimientomide el tiempo que toma para que viaje una Onda-P, que es generada por unimpacto puntual de corta-duracin, entre dos transductores ubicados a unadistancia conocida, separada a lo largo de la superficie de una estructura. La

velocidad de la Onda-P es calculada por medio de la divisin de la distancia entrelos dos transductores y el tiempo de viaje.

1.2.2. Procedimiento B: Ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo). Este procedimientomide la frecuencia en que la Onda-P, que es generada por un impacto puntual decorta duracin, es reflejada entre dos superficies paralelas (opuestas) de unaplaca. El espesor es calculado mediante la medicin de esta frecuencia y lavelocidad de Onda-P obtenida del procedimiento A.

1.2.3.A menos que se especifique de otra manera, ambos procedimientos; A y B,

se deben realizar en el punto en donde se requiere determinar el espesor de laplaca.

1.3. Los valores especificados en unidades SI, deben considerarse como elestndar. No se incluyen otros sistemas de medidas en esta norma.

1.4. Esta norma no pretende sealar todas las medidas sobre seguridad, si las

hubiere, asociadas con su utilizacin. Es responsabilidad del usuario de esta

norma establecer las prcticas apropiadas de salud y seguridad y determinar la

aplicabilidad de las limitaciones reguladoras antes de su uso.

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2. Documentos citados

2.1. Normas NTG1(ASTM)

NTG 41017 h17 (ASTM C597-09) Mtodo de ensayo. Determinacin de la velocidad

del pulso ultrasnico a travs del concreto.

2.2. Normas ASTM2

ASTM E1316 Terminologa para ensayos no destructivos.

3. Terminologa

3.1. Definiciones:

3.1.1. Impedancia acstica: Es el producto de la velocidad y la densidad de unaOnda-P, es utilizada en clculos de caracterizacin de ondas de esfuerzo, reflejadasen los bordes.

3.1.2. Espectro de amplitud: Una grfica de la amplitud relativa contra la frecuenciaque se obtiene de una forma de onda utilizando la tcnica de transformada deFourier.

3.1.3. Transformada de Fourier: Una tcnica numrica utilizada para convertir formasde onda digitales a partir del dominio de tiempo hasta el dominio de frecuencia.

3.1.3.1. Discusin: Los picos en el espectro de amplitud corresponden a lasfrecuencias dominantes en la forma de onda.

3.1.4. Mtodo Impacto-Eco (Impact-Echo): Un mtodo de ensayo no destructivobasado en la utilizacin de un mecanismo de impacto de corta duracin para generarondas de esfuerzo transitorias y el uso de un transductor receptor de banda anchaubicado a un costado del punto de impacto.

3.1.4.1. Discusin: Las formas de onda son convertidas al dominio de frecuencias yespectro de amplitud resultante, es analizada para obtener las frecuenciasdominantes en la respuesta de la estructura al impacto. Estas frecuencias sonutilizadas para determinar el espesor de la estructura o la presencia de fallas.

1Las normas NTG pueden consultarse en la Comisin Guatemalteca de Normas COGUANOR Calzada Atanasio

Tzul 27-32 zona 12, Guatemala2Para las normas ASTM en referencia, visitar la pgina ASTM,www.astm.org,o contactar al servicio al cliente

ASTM service@astm.org.

http://www.astm.org/http://www.astm.org/http://www.astm.org/http://www.astm.org/

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3.1.5. Duracin de impacto: El tiempo en que el dispositivo de impacto, utilizado paragenerar ondas de esfuerzo, est en contacto con la superficie de ensayo. Tambin serefiere como tiempo de contacto.

3.1.5.1. Discusin: La duracin de impacto es un aspecto crtico en el xito de los

dos procedimientos cubiertos por este mtodo. Se brindan las duraciones de impactorecomendadas. En la prctica, el tiempo de duracin depender del tipo dedispositivo que emite el impacto y la condicin del concreto en el punto de impacto.Superficies duras y lisas, darn una duracin de impacto ms corto que superficiessuaves y speras. El usuario debe verificar que la duracin del impacto est dentrode los rangos recomendables. Una medida aproximada de la duracin del impactopuede ser obtenida desde la porcin de una forma de onda correspondiente a la ondasuperficial de llegada.3 La Figura 1 muestra un ejemplo de la porcin de ondasuperficial de una forma de onda y se indica el tiempo de contacto aproximado.

Figura 1: Vista extendida de una porcin de una forma de onda de una onda superficial quemuestra el ancho de la seal de onda superficial como una aproximacin del tiempo de

contacto del impacto

3.1.6. Onda-P: Es una onda de esfuerzo dilatacional (longitudinal o primaria) quecausa el desplazamiento de partculas paralelo a la direccin de la propagacin de laonda. Esta onda produce esfuerzos normales (de tensin o compresin) a manera

3Sansalone, M. and Streett, W.B., Impact-Echo: Nondestructive Evaluation of Concrete and Masonry (Impacto-

Eco: Evaluacin no destructiva de concreto y mampostera), Bullbrier Press, Ithaca, NY and Jersey Shore, PA,

1997.

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que se propaga.

3.1.7. Velocidad de Onda-P: La velocidad en la cual la Onda-P se propaga a travsde un slido semi-infinito.

3.1.7.1. Discusin: La velocidad de la Onda-P es la misma que la velocidad de pulsode compresin, medida de acuerdo al mtodo de ensayo NTG 41017 h17 (ASTMC597-09).3.1.8. Frecuencia de muestreo: El ritmo al que se registran los puntos que componenla forma de onda; el inverso del intervalo de muestreo, expresado en Hz omuestras/s (tambin conocido como el ritmo de muestreo)

3.1.9. Periodo de muestreo: la duracin de la forma de onda, la cual equivale alnmero de puntos en la forma de onda, multiplicado por el intervalo de muestreo.

3.1.10. Intervalo de muestreo: La diferencia de tiempo entre cualquiera de dospuntos adyacentes en la forma de onda.

3.1.11. Onda superficial: Una onda de esfuerzo en la que el movimiento de partculases elptico y la amplitud del movimiento de partculas disminuye rpidamente con laprofundidad. Tambin son conocidas como las Ondas Rayleigh (u Ondas-R).

3.1.12. Forma de onda: Un registro de seales de un transductor que grafica elvoltaje contra el tiempo.

3.1.13. Consultar la terminologa ASTM E1316 para definiciones adicionalesrelacionadas con ensayos ultrasnicos no destructivos, que sea aplicables a estemtodo de ensayo.

3.2. Definiciones de los trminos especficos de esta norma:3.2.1. Velocidad aparente de Onda-P en una placa: 3,4un parmetro que es 0.96 dela velocidad de la Onda-P:

(Ecuacin 1)Dnde:

Cp,placa= La velocidad aparente de la Onda-P en la placa, m/s, yCp = La velocidad de la Onda-P en el concreto, la cual es obtenida del Procedimiento A, m/s

4Sansalone, M., Lin, J. M., and Streett, W. B., A Procedure for Determining P-wave Speed in Concrete for Use in

Impact-Echo Testing Using P-wave Speed Measurement Technique, (Procedimiento para determinar la

velocidad de Onda-P en concreto para su utilizacin en ensayos Impacto-Eco utilizando la Tcnica de Medicin

de Velocidad de Ondas-P) ACI Journal, Vol. 94, No. 6, Noviembre - Diciembre 1997, pp. 531539.

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3.2.1.1. Discusin: Este parmetro se utiliza en el clculo del espesor en medicionesde placas por medio de Impacto-Eco (Impact-Echo). La velocidad de la Onda-P en unmaterial (concreto) es convertido a una velocidad aparente de Onda-P, en una placaque se utiliza para calcular el espesor de la placa de acuerdo a la siguiente ecuacin:

(Ecuacin 2)Dnde:

T = El espesor de la placa, m, y= La frecuencia del modo de espesor de la Onda-P de una placa obtenida desde el espectro deamplitud, Hz.

3.2.2. Placa: Cualquier estructura prismtica en donde las dimensiones laterales sonal menos seis veces el espesor.

3.2.2.1. Discusin: Son necesarias dimensiones mnimas laterales para prevenir quese interfieran los modos 3de vibracin de la placa con la identificacin del modo deespesor de frecuencia en un espectro de amplitud. Las dimensiones mnimaslaterales y el periodo de muestreo aceptables son relacionables, como se explica enla Nota 11.

4. Significado y uso

4.1. Este mtodo de ensayo puede ser utilizado como un substituto para, o enconjunto con, la perforacin de ncleos para determinar el espesor de losas,pavimentos, cubiertas, paredes u otras estructuras de placa. Existe un cierto nivel deerror sistemtico en el clculo del espesor debido a la naturaleza discreta de losregistros digitales que se utilizan. El error sistemtico absoluto depende del espesorde la placa, el intervalo de muestreo y el periodo de muestreo.

4.2. Debido a que la velocidad de onda puede variar de un punto a otro en laestructura, debido a las diferencias de la edad de concreto, o la variabilidad de

bachadas, la velocidad de onda es medida (Procedimiento A) en cada punto endonde se requiere determinar el espesor (Procedimiento B).

4.3. El espesor mnimo y mximo que se puede medir est limitado por lascaractersticas del equipo de ensayo (caractersticas de respuesta del transductor y elemisor de impactos especfico). Los lmites deben ser especificados por el fabricantedel equipo, y el equipo no debe ser utilizado ms all de esos lmites. Si el equipo deensayo es ensamblado por el usuario, los lmites de espesor deben ser establecidosy documentados.

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4.4. Este mtodo de ensayo no es aplicable a estructuras de placa conrecubrimientos, como lo es una cubierta de puente con recubrimiento de asfalto oconcreto de cemento portland. Este mtodo es basado en la suposicin que la placade concreto tiene la misma velocidad de Onda-P a lo largo de su profundidad.

4.5. El procedimiento A se realiza en concreto que est secado al aire, ya que un altocontenido de humedad superficial puede alterar los resultados.

4.6. El procedimiento B se aplica para una placa de concreto que descansa sobre unsustrato de suelo, grava, concreto asfaltico permeable, o concreto de cementoportland puro, siempre que exista suficiente diferencia de impedancia 3acstica entreel concreto y el sustrato o donde exista suficientes vacos de aire en la interface paraproducir reflejos medibles. Si estas condiciones no se cumplen, la forma de onda serde baja amplitud y la amplitud del espectro no incluir un pico dominante a lafrecuencia correspondiente al espesor (Ecuacin 2). Si la interface entre el concreto yla sub-base es spera, la amplitud del espectro tendr un pico redondeado en lugarde un pico afilado asociado con una superficie plana.

4.7. Los procedimientos descritos no son influenciados por el ruido del trfico ovibraciones estructurales de baja frecuencia generadas por movimiento normal detrfico a travs de la estructura.

4.8. Los procedimientos no son aplicables en presencia de ruidos mecnicos creados

por equipo de impacto (martillos hidrulicos, martillos de rebote, barredorasmecnicas, etc.) en la estructura.

4.9. El procedimiento A no es aplicable en la presencia de ruido elctrico de amplitudalta, como por ejemplo el que puede producirse por un generador u otra fuente deemisin, que es transmitido a un sistema de obtencin de datos.

PROCEDIMIENTO A: MEDICIN DE LA VELOCIDAD DE ONDA-P

5. Resumen del procedimiento5.1. Se utiliza un impacto en una superficie de concreto para generar ondas deesfuerzo transitorias. Estas ondas se propagan a lo largo de la superficie del concretopasando por dos transductores, colocados en una lnea a travs del punto de impactoy a una distancia de separacin conocida.

5.2. El tiempo de diferencia entre la llegada de una Onda-P (onda de esfuerzo convelocidad alta) a cada uno de los transductores se utiliza para determinar la velocidad

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de las Ondas-P por medio de la divisin de la diferencia del tiempo (tiempo de viaje)por la distancia conocida entre los transductores.

6. Equipo 5

6.1. Emisor de impacto: El emisor de impacto debe ser esfrico o de punta esfrica.Debe producir una duracin de impacto de 30 10 s con energa suficiente paraproducir desplazamientos superficiales debido a la Onda-P y que puedan serregistrados por los dos transductores. (Ver nota 1). El emisor de impacto se debeubicar para que pueda golpear en la lnea central pasando a travs de dostransductores a una distancia de 150 10 mm desde el primer transductor.

NOTA 1: Se ha encontrado que bolas de acero endurecido que van desde 5 hasta 8 mm de dimetro yunidos a una barra de resorte de acero, producen impactos adecuados.

6.2. Transductores: Dos transductores de banda ancha que responden adesplazamientos normales a la superficie. Estos transductores deben ser capaces dedetectar desplazamientos pequeos que corresponden a la llegada del impactogenerado de la Onda-P que viaja a lo largo de la superficie. Un rea de contactopequea entre el elemento piezoelctrico y la superficie de concreto se requiere pararegistrar con precisin la llegada de las Ondas-P (Ver nota 2). Utilizar un materialadecuado para acoplar el transductor al concreto.

NOTA 2: Un transductor de desplazamiento disponible comercialmente, hecho de elementos cnicos

piezoelctricos con un dimetro de punta de 1.5 mm y el extremo ms grande adherido a un bloque desoporte de latn se ha encontrado adecuado. 6Una lmina de plomo de aproximadamente 0.25 mm deespesor es adecuada para acoplar el material para tal transductor.

6.2.1. Los transductores que sean aceptables deben registrarse previamente paraproducir resultados precisos en placas de espesor similar a las que deben sermedidas por este mtodo de ensayo.

6.3. Dispositivo separador: Un dispositivo separador debe proporcionarse paramantener los transductores a una distancia de separacin establecida. Esta no debe

interferir con la habilidad de los transductores para medir los desplazamientossuperficiales. Debe ser fabricado para minimizar la posibilidad de transmitir Ondas-Pa lo largo del mismo y para prevenir la interferencia con las mediciones de tiempo deviaje de las Ondas-P. Las puntas del transductor deben ser colocadas por separadoaproximadamente a 300 mm. Medir y registrar al 1 mm ms cercano a la distancia

5El equipo adecuado est disponible comercialmente.

6Proctor, T.M., Jr., Some Details on the NBS Conical Transducer, (Algunos Detalles en el Transductor Cnico

NBS) J. of Acoustic Emission (J. de Emisin Acstica), Vol 1, No. 3, pp. 173178.

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real entre los centros y las puntas del transductor.

NOTA 3: La precisin de la medicin es afectada si la distancia entre las puntas de los dostransductores no se conoce exactamente. Los materiales y diseo de los dispositivos separadoresdeben ser elegidos para minimizar el cambio de la separacin de los transductores debido a loscambios en la temperatura.

6.4. Sistema de obtencin de datos: Los equipos y programas para obtener, registrary procesar la salida de los dos transductores. Este sistema puede ser unacomputadora porttil con una tarjeta de obtencin de datos de dos canales, o puedeser un analizador de forma de ondas portable de dos canales.

6.4.1. La frecuencia de muestreo para cada canal debe ser de 500 kHz o mayor(muestrear intervalos de 2 s o menos). El sistema debe ser capaz de dispararse a laseal de uno de los canales de registro.

6.4.2. El rango de voltaje y la resolucin de voltaje del sistema de obtencin de datosdebe ser combinado con la sensibilidad de los transductores para que la llegada de laOnda-P se determine con precisin.

NOTA 4: Por ejemplo, una tarjeta de obtencin de datos con un rango de voltaje de 2.5 V yresolucin 12-bits ha sido encontrado adecuado para los transductores descritos en la Nota 2.

6.4.3. El sistema de visualizacin debe incluir cursores, incluyendo una lecturacorrespondiente de tiempo y voltaje, para que pueda ser colocado en un punto

correspondiente de cada forma de onda, a la llegada de la Onda-P.

6.4.4. El sistema de obtencin de datos debe ser operado por una fuente de poderque no produzca ruido elctrico detectable por los transductores y el sistema deobtencin de datos cuando el sistema sea instalado a la sensibilidad de voltajerequerida para detectar las llegadas de la Onda-P.

NOTA 5: Se ha encontrado apropiado para obtener datos, los sistemas energizados por bateras.

6.5. Conectores y cables: Para conectar los transductores a un sistema de obtencin

de datos. Los conectores deben ser de alta calidad y estar conectados de formaajustada a los cables. Los cables deben estar blindados para reducir el ruidoelctrico.

6.6. Equipo de chequeo de funcionalidad: Equipos para verificar que todas las partesdel sistema de ensayo estn funcionando apropiadamente para comenzar con elensayo.

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NOTA 6: Esto puede incluir un espcimen de ensayo de referencia para el cual la respuesta deimpacto haya sido determinada y pueda ser comparada con la salida del sistema de ensayo.

7. Preparacin de la superficie

7.1. La superficie de trabajo debe estar seca. Remover toda la suciedad y escombrosde la superficie en donde se medir la velocidad de las Ondas-P.

7.2. Si la superficie de ensayo est extremadamente spera, y es difcil alcanzar unbuen contacto entre la punta del transductor y el concreto, pulir la superficie paralograr un buen contacto.

NOTA 7: La rugosidad superficial puede ser un problema al ensayar pavimentos de carreteras o consuperficies de textura spera o acanalada. En construcciones nuevas, los componentes de curadopuede que necesiten ser removidos en las ubicaciones de ensayo para permitir un acople deltransductor y para obtener impactos de duracin corta.

8. Procedimiento

8.1. En la figura 2 se muestra un esquema para la instalacin del ensayo para elProcedimiento A.

8.2. Ensamblar el equipo (transductores, dispositivo separador, emisor del impacto).Verificar que el sistema de ensayo est funcionando correctamente. Posicionar elequipo en la superficie plana, y posicionar el generador de impacto en lnea, pasandoa travs de dos transductores y a una distancia de 15010 mm desde el primer

transductor (de disparo). Si el ensayo es en una superficie spera, ensayarparalelamente de forma que la lnea a travs de los transductores y el emisor deimpactos no se crucen dicha superficie spera. Si grietas estn presentes, se debeposicionar el equipo para que las grietas no intersecten la lnea que pasa a travs delpunto de impacto y los dos transductores.

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Figura 2: Esquema del equipo de ensayo para el Procedimiento A

8.3.Alistar el sistema de obtencin de datos con parmetros de obtencin de datoscorrectos (frecuencia de muestreo, rango de voltaje, nivel de disparo, retraso, etc.)

Nota 8: Para algunos sistemas, es recomendable ajustar los parmetros de obtencin de datos paraque aproximadamente 100 puntos sean registrados antes del punto de disparo. Esta informacin depre-disparo permite una evaluacin de los valores base en la forma de onda antes de la llegada de laOnda-P.

8.4. Ejecutar el impacto. Examinar las formas de onda obtenidas. Si las formas deonda de ambos transductores son vlidas, almacenar los datos para un anlisisposterior. Si las llegadas de Onda-P no pueden ser identificadas con certeza, repetirel ensayo en la misma ubicacin o moverse a una ubicacin diferente para alcanzar

un buen emparejamiento entre los transductores y el concreto.

Nota 9: La figura 3 es un ejemplo para ilustrar un conjunto valido de formas de onda con las flechasposicionadas en los puntos correspondientes a las llegadas de Ondas-P en cada forma de onda. En elcaso de las llegadas de la Onda-P a las ubicaciones de los transductores, son claramente identificadospor el aumento de formas de onda por encima de los niveles del ambiente. La velocidad calculada deuna Onda-P es de 0.3/(0.000076) = 3950 m/s, la cual es un valor razonable.

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9. Anlisis de datos y clculos

9.1. Mostrar en la pantalla del sistema de obtencin de datos las formas de onda delos dos transductores para que sean graficados en contra del mismo eje de tiempo.

9.2. Identificar el tiempo de llegada directa de la Onda-P en cada forma de onda. Lallegada de la Onda-P es identificada como el primer punto en donde el voltaje cambiadesde el valor de lnea base (ver figura 3). Utilizar los cursores para mostrar laslecturas de voltaje y tiempo en los puntos correspondientes a las llegadas de laOnda-P. Determinar la diferencia de tiempo, t, entre la llegada de la Onda-P encada forma de onda. Esta diferencia de tiempo es el tiempo de viaje. Se permite ladeteccin automtica de Ondas-P en las formas de onda siempre que las formas deonda sean estables (no contengan ruido) antes de las llegadas de Onda-P.

Figura 3: Ejemplos de formas de ondas obtenidas utilizando el Procedimiento A (nicamente laparte inicial de la forma de onda fue graficada)

9.3. Utilizar el tiempo de viaje,t, y el espacio medido entre los transductores, L, paracalcular la velocidad de la Onda-P:

Cp= L /T(Ecuacin 3)

9.4. Realizar dos rplicas del ensayo en cada ubicacin del ensayo. Si el tiempo deviaje medido es el mismo en ambos casos, entonces se puede proceder a moverse aotros puntos de ensayo. Si dos tiempos de viaje difieren en un muestreo o ms,realizar un tercer ensayo y aceptar el valor de tiempo de viaje que se repita como elvalor correcto. Si dos de tres mediciones no concuerdan, asegurarse que los

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transductores estn haciendo un buen contacto con la superficie, y repetir el ensayo.

9.5. Calcular la velocidad aparente de la Onda-P en la placa utilizando la ecuacin 1.

9.6. Procedimiento alternativo: Bajo circunstancias en donde una mxima exactitud

en el clculo del espesor no es crtico, se permite calcular la velocidad aparente delas Ondas-P en el concreto por medio de la calibracin directa con el espesorcalculado en puntos de la estructura. Determinar el espesor de la estructura,determinar la frecuencia del espesor en el mismo punto de acuerdo con elProcedimiento B, y utilizar la ecuacin 2 y resolver para la velocidad de ondaaparente. El comprador del servicio de ensayo y la agencia de ensayo deben acordarsi esta alternativa es permitida. Ellos deben acordar tambin el nmero y la ubicacinde puntos de calibracin y el mtodo para determinar el espesor del concreto.Cuando este procedimiento alternativo es utilizado, el procedimiento de interpretacindel inciso 15 no es aplicable.

PROCEDIMIENTO B- ENSAYO IMPACTO-ECO (IMPACT-ECHO)

10. Resumen del mtodo de ensayo

10.1.El impacto en la superficie del concreto genera esfuerzos de onda en donde lasOnda-P son de principal importancia. La Onda-P se propaga en la placa y se reflejadesde la superficie opuesta.

10.2.Reflexiones mltiples de la Onda-P entre la superficie de la placa da crecimientoa una resonancia de espesor trascendental con una frecuencia relacionada alespesor de la placa.

10.3.Un transductor receptor ubicado cerca del punto de impacto, registra eldesplazamiento superficial causado por la llegada de ondas reflejadas. La salida deltransductor es capturado como el tiempo de dominio de la forma de onda.

10.4.La forma de onda registrada es transformada en un dominio de frecuenciautilizando la tcnica de transformada de Fourier y se obtiene un espectro de amplitud.La resonancia del espesor produce un pico dominante en el espectro, que puede seridentificado fcilmente. El valor de la frecuencia de este pico es utilizado en conjuntocon la velocidad aparente de la Onda-P obtenida en el procedimiento A para calcularel espesor de la placa por medio de la ecuacin 2.

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11. Equipo

11.1.Emisor de impacto: El emisor de impacto debe ser esfrico o de punta esfrica.Debe generar la energa suficiente a una placa slida para obtener un espectro deamplitud bien definido con un pico predominante. La duracin de impacto, tc, debe ser

menor (ver inciso 3.1.5) que el tiempo de viaje de ida y vuelta para una Onda-P, estoes:

(Ecuacin 4)

NOTA 10: Esferas metlicas endurecidas con rangos de dimetro desde 8 a 16 mm, adheridos a unabarra de resorte de acero y con generadores de impacto mecnicos de punta esfrica, se hanencontrado generadores de impacto adecuados para pavimentos tpicos de autopistas.

11.2.Transductores: Un transductor de banda ancha que responde adesplazamientos normales a la superficie. Este transductor es igual al descrito en elProcedimiento A.

11.3.Sistema de obtencin de datos: Para obtener, registrar y procesar la salida deltransductor. Este sistema es igual al descrito en el procedimiento A.

11.3.1. La frecuencia de muestreo tpica debe ser entre 500 kHz (intervalo 2 s) y 250kHz (intervalo 4s)

11.3.2. El nmero tpico de puntos de datos en el registro de formas de onda es 1024o 2048.

11.3.3. La duracin tpica de las formas de onda registradas (el periodo de muestra)es 4096 s o 8192 s.

NOTA 11: El periodo de muestreo es el producto del nmero de puntos registrados y el intervalo demuestreo. El inverso del periodo de muestreo establece el intervalo de frecuencia en el espectro deamplitud obtenido por el mtodo de transformadas rpidas de Fourier. Un periodo de muestreo de4096 s corresponde al intervalo de frecuencia de 244 Hz y el periodo de muestreo de 8192 s

corresponde a 122 Hz. Los intervalos de frecuencia menores, resultan en una mayor precisin de lamedicin del espesor. Sin embargo, el periodo de muestreo debe ser escogido considerando lasdimensiones laterales del espesor relativo de la placa. Si la dimensin lateral pequea es de al menos20 veces el espesor, un periodo de muestreo de 8192 s puede ser utilizado. Si la dimensin lateralpequea es de al menos 10 veces el espesor, un periodo de muestreo de 4096 s puede ser utilizado.Para dimensiones laterales ms pequeas, un periodo de muestreo menor debe ser utilizado,resultando en un mayor grado de incerteza en la medicin del espesor. Estas limitaciones sonnecesarias para asegurar que la forma de onda no incluye movimientos asociados con otros modos devibracin que pueden interferir con la habilidad de identificar la frecuencia del espesor de la placa en elespectro de amplitud.

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11.3.4. El rango de voltaje para obtener datos debe ser tal que la amplitud de laforma de onda sea suficientemente grande para permitir una examinacin visual desus caractersticas clave, como lo es la seal de la onda superficial y las oscilacionessubsecuentes.

11.3.5. Los programas de computacin (software) se deben proporcionar paraobtener, registrar, mostrar y analizar los datos. El programa de computacin(software) debe calcular el espectro de amplitud desde la forma de onda registrada.El espectro de amplitud debe mostrarse inmediatamente despus que la forma deonda haya sido capturada. Debe incluir un cursor para determinar manualmente lafrecuencia del espesor. Es permitido utilizar un programa de computacin (software)para determinar la frecuencia del espesor.

11.3.6. El sistema de obtencin de datos debe ser operado por una fuente de poderque no produzca ruido elctrico, el cual puede ser detectado por el transductor y elsistema de obtencin de datos cuando el sistema est programado en el rango devoltaje utilizado para el ensayo (ver Nota 5).

11.4.Cables y conectores, como se describe en el Procedimiento A.

11.5.Aparato para verificar la funcionalidad: Como se describe en el Procedimiento A.

12. Preparacin de la superficie de ensayo

12.1.1. Remover todos los escombros y suciedad de la superficie en donde sedeterminar el espesor.

12.1.2. Si la superficie de ensayo es extremadamente spera, y no permite alcanzarun buen contacto entre la punta del transductor y el concreto, pulir la superficie paraque se logre un buen contacto. (Ver nota 7).

13. Procedimiento

13.1.La figura 4 es un esquema de un ensayo de Impacto-Eco (Impact-Echo) en una

placa.

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Figura 4: Esquema del equipo de ensayo para el ensayo de Impacto-Eco (Impact-Echo)(Procedimiento B)

13.2.Ubicar el transductor en una superficie de concreto en donde se requiera medirel espesor. Ubicar el generador de impactos para impactar a una distancia menor de0.4 del espesor de placa nominal afuera del transductor.

13.3.Alistar el sistema de obtencin de datos con los parmetros de obtencin de

datos corregidos (frecuencia de muestreo, rango de voltaje, nivel de disparo, atraso,etc.) La obtencin de datos debe ser disparada por una seal del transductor o por undispositivo de impacto. De ser necesario, establecer los parmetros de obtencin dedatos por medio de ensayos de prueba.

NOTA 13: Para algunos sistemas, es recomendable ajustar los parmetros de obtencin de datos paraque cerca de 100 puntos sean registrados antes del punto de disparo. La porcin inicial de la forma deonda provee informacin en el tiempo de contacto del impacto y puede ayudar a identificar formas deonda invlidas debido a su mal acoplamiento, ruido elctrico y otros factores.

13.4.Realizar el impacto. Examinar la forma de onda obtenida y el espectro deamplitud correspondiente. Cuando se realice un juicio acerca de la validez de laforma de onda, examinar ya sea si la porcin de la forma de onda es de formacorrecta y que la onda superficial sea seguida por oscilaciones peridicascorrespondiente a las mltiples reflexiones entre la placa y los bordes. El espectro deamplitud de una forma de onda debe tener un pico dominante simple a unafrecuencia correspondiente del espesor de la placa.

NOTA 14: La figura 5 muestra un ejemplo del dominio de tiempo valido de una forma de onda y su

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correspondiente espectro de respuesta para un ensayo de una losa de cimentacin. El intervalo demuestreo es de 4 s y el nmero de puntos en la forma de onda completa (no mostrado) es de 2048.

Figura 5: Forma de onda y espectro de amplitud de un ensayo vlido Impacto-Eco (ImpactEcho) de una losa de concreto de 250 mm de espesor.

13.5.Si se obtiene una forma de onda valida y un espectro de amplitud, almacenar laforma de onda y el espectro de amplitud. Repetir el ensayo para verificar losresultados. Si los resultados son repetibles y vlidos, moverse al siguiente punto. Sila forma de onda y el espectro de amplitud no son vlidos (ver Nota 15), verificar quela superficie de ensayo est libre de polvo y escombros y que el transductor estacoplado adecuadamente a la superficie de ensayo. Tambin verificar que el puntode impacto est plano y libre de escombros, y que el tamao correcto del generadorde impactos est siendo utilizado. Repetir el ensayo hasta que se obtenga una formade onda y un espectro de amplitud vlidos.

NOTA 15: La figura 6 muestra un ejemplo de resultados de ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo)invlido. La forma de onda carece de oscilaciones peridicas y el espectro de amplitud no contiene unpico dominante nico.

Figura 6: Ejemplo de un ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo) invlido, las formas de onda nomuestran oscilaciones peridicas y el espectro de amplitud no tiene un nico pico dominante.

Amplitudrelativa

Voltios

Amplitudrelativa

V

oltios

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14. Anlisis de datos

14.1.Determinar la frecuencia del pico alto de amplitud en el espectro de amplitudes.

14.2.Calcular el espesor de la placa utilizando la ecuacin 2.

15. Interpretacin de resultados

15.1.Existen errores sistemticos en la determinacin de la velocidad de onda y elespesor de las placas de concreto debido a la naturaleza digital de las formas deonda y los espectros de amplitud. Por eso, existe un error sistemtico inherente enlos clculos de la velocidad de la Onda-P y el espesor de las placas. El apndiceprovee derivadas de las expresiones, para errores sistemticos mximos.

15.2.Error sistemtico en Procedimiento A: El error sistemtico mximo en la

velocidad calculada de la Onda-P est dado por:

Ecuacin 5

Dnde:= intervalo de muestreo, y= Tiempo de viaje medido de la Onda-P.15.2.1. La ecuacin 5 est basada en suposiciones en las que no existe ruido

elctrico en las formas de onda, por lo que las llegadas de las Ondas-P pueden seridentificadas fcilmente. La figura 7 muestra un error sistemtico mximo debido alintervalo de muestreo como una funcin del tiempo de viaje. Reportar la velocidad dela Onda-P calculada de acuerdo a la ecuacin 3 como sigue:

Ecuacin 6

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Figura 7: Error sistemtico mximo debido al intervalo de muestreo como una funcin deltiempo de viaje.

15.3.Error sistemtico en procedimiento B: El error sistemtico mximo en el espesorcalculado debido a la resolucin de la frecuencia, est dado por la siguiente ecuacin:

Ecuacin 7

Dnde:= El intervalo de frecuencia en el espectro de amplitud,

= La frecuencia correspondiente al pico de amplitud alto en el espectro de amplitud.15.3.1. La figura 8 muestra el error sistemtico mximo en el espesor calculadodebido a la resolucin de la frecuencia como una funcin de la frecuencia medida.Una frecuencia alta corresponde a espesores bajos, y existe un menor errorsistemtico en el espesor calculado a medida que el espesor disminuye.

alra

slt

eerrr

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Figura 8: Error mximo sistemtico debido al intervalo de frecuencias como una funcin delespesor de frecuencia.

15.4.Error sistemtico combinado: Un estimado de un error sistemtico mximoesperado en el espesor calculado que cuenta para ambas fuentes de error est dadopor la siguiente ecuacin7:

Ecuacin 8

15.5.Reporte del espesor: Reportar el espesor de la placa, el cual puede ser

calculado de acuerdo a la ecuacin 2, como se describe a continuacin:

Ecuacin 9

16. Reporte

16.1.Reportar los parmetros de obtencin de datos que fueron utilizados. Estosincluyen el intervalo de muestreo, el rango de voltaje, la resolucin de voltaje, elnmero de puntos en la forma de onda, y el intervalo de frecuencia en el espectro deamplitud.

16.2.La ubicacin de cada punto de ensayo en la estructura, una descripcin de lacondicin de la superficie de ensayo, y si fue requerido pulir la superficie.

16.3.Para losas de cimentacin de concreto, reportar el tipo de material que soportala losa, si se conoce.

7Ku, H.H., Notes on the Use of Propagation of Error Formulas, (Anotaciones en la Utilizacin de Formulas de Propagacin de Error)Journal of

Research of the National Bureau of StandardsC. Engineering and Instrumentation, Vol 70C, No.4, October-December 1966.

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16.4.La velocidad de Onda-P de acuerdo con el inciso 15.2.1.

16.5.El espesor de la placa de acuerdo con el inciso 15.5

16.6.Si el procedimiento alternativo en el inciso 9.6 fue utilizado para establecer la

velocidad de Onda-P aparente, proporcionar los datos de calibracin y reportar comolos datos fueron utilizados para estimar el espesor del concreto.

17. Precisin y sesgo

17.1.La precisin y sesgo de este mtodo de ensayo son desconocidos en estemomento. Los datos de comparacin de longitudes de ncleos con espesores depavimento obtenidos por una versin anterior de este mtodo son brindadas en lareferencia citada en el pie de pgina 3. Esa referencia indica que las diferencias enlos espesores de pavimentos por medicin de ncleos y por este mtodo de ensayo

estn dentro de 3% para espesores de pavimentos que varan entre 200 a 290 mm.

18. Palabras Clave

18.1.Placa de concreto; impacto-eco (impact-echo); ensayo no destructivo; velocidadde Onda-P; Medicin de espesor.

- ltima lnea-.

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APNDICE

(Informacin no obligatoria)X1. ERRORES SISTEMTICOS

X1.1 General

X1.1.1 Este mtodo de ensayo est basado en la utilizacin de muestreo digital ymtodos de anlisis de seales digitales. Como resultado, el dominio de tiempo deformas de ondas y espectros de amplitud son compuestos por puntos discretos conespaciadores unidos que dependen de los parmetros de obtencin de datos. Estoresulta en errores sistemticos entre las medidas de tiempos de viaje o espesor defrecuencias y sus valores reales. La siguiente seccin explica cmo se determinan losvalores mximos de estos errores sistemticos. Por estos errores sistemticos, lasvelocidades de Ondas-P y el espesor de placas obtenidas por este mtodo de ensayo

se reportan como rangos de valores.

X1.2 Error sistemtico en la velocidad de Onda-P

X1.2.1 La figura X1.1 muestra un esquema de la parte temprana de las formas deonda (voltaje versus tiempo) obtenido desde dos transductores en el Procedimiento A.Los crculos slidos representan los puntos registrados por el sistema de obtencin dedatos. Las lneas solidas representan los desplazamientos superficiales reales comouna funcin del tiempo. El tiempo de viaje es medido como la diferencia de tiempo t

entre los dos puntos en los que los voltajes crecen por encima de los valores del

ambiente. El tiempo de viaje medido difiere del tiempo de viaje real t. De la figuraX1.1, se pude mostrar que:

Ecuacin X1.1

Ecuacin X1.2

El error relativo en la velocidad de la Onda-P calculado debido a las diferencias entrela medicin y el tiempo de viaje real, puede ser obtenido como a continuacin se

describe:

Ecuacin X1.3

El valor mximo absoluto del error epocurre ya sea cuando 1= 0 y 2= to cuando

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1= t y 2= 0. Cuando 1= 0 and 2= t:

Ecuacin X1.4

Cuando 1= t y 2= 0:

Ecuacin X1.5

Por lo tanto, el error sistemtico mximo en la velocidad de una Onda-P debido almuestreo en el dominio de tiempo es:

Ecuacin X1.6

X1.2.2 La derivacin anterior asume que las dos formas de onda son obtenidas pormuestreos simultneos de dos canales. La figura X1.2 es un esquema de las formasde onda obtenidas por un sistema de obtencin de datos que muestreaalternadamente los dos canales. Se puede mostrar que el error sistemtico mximoes el mismo que el dado por la ecuacin X1.6 siempre que el intervalo de muestreo sea el intervalo de tiempo entre los puntos adyacentes en cada una de las formas deonda.

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X1.3 Error sistemtico en espesor debido al intervalo de frecuencia en elespectro de amplitud

X1.3.1 La figura X1.3 es un esquema del espectro de amplitud obtenido de un ensayoimpacto-eco (impact-echo) de una placa slida. El pico alto de amplitud correspondeal espesor de frecuencia de la placa. Los cirulos solidos son los valores digitalesmostrados en la pantalla de la computadora, y la curva solida representa el espectrode amplitud real. La frecuencia medida fdifiere de la frecuencia real f . Esta diferencialidera a un error sistemtico en el espesor de placa calculado utilizando la frecuencia

medida.

X1.3.2 El error relativo en el espesor de placa calculada es relativo a la frecuenciamedida y a la frecuencia real como a continuacin se describe:

Ecuacin X1.7Dnde:T= Espesor calculado basado en el espesor de frecuencia medido, f, yT= Espesor calculado basado en el espesor de frecuencia real, f .

El valor absoluto de la diferencia mxima entre f y f es f/2.Por lo tanto, el errorsistemtico mximo en el espesor calculado debido al intervalo de frecuencia en elespectro de amplitud es:

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Ecuacin X1.8

X1.3.3 La ecuacin X1.8 muestra que el error sistemtico en la frecuencia calculadaes reducido por medio de la reduccin del intervalo de frecuencia f. Como se explica

en la Nota 11 de este mtodo de ensayo, el intervalo de frecuencia es controlado por

la duracin de la forma de onda, que es, la longitud registrada. Entonces, cuando serealiza el ensayo impacto-eco (impact-echo) al espesor de una placa medida, utilizarel registro prctico ms largo en longitud. Sin embargo, la longitud del registro nodebe ser muy largo, o de lo contrario, los movimientos debido a otros modos deplacas, creados por las reflexiones de los lmites laterales, pueden contribuir a laforma de onda. Esta es la intencin de las direcciones de la Nota 11.

X1.4 Error sistemtico en el clculo del espesor

X1.4.1 El espesor calculado de la velocidad de la Onda-P y la frecuencia pico incluye

dos fuentes de error sistemtico. El acercamiento tomado en este mtodo de ensayoes obtener el error sistemtico, e, de la siguiente manera:

Ecuacin X1.9

X1.4.2 El error relativo en el espesor de las placas debido a las dos fuentes de errorsistemtico es como de la siguiente manera:

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30/30

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Ecuacin X1.10Que puede ser simplificado de la siguiente manera:

Ecuacin X1.11

Para valores pequeos de ||

Ecuacin X1.12

Por lo tanto para tener en cuenta el error sistemtico que es inherente a este mtodode ensayo, reportar el espesor calculado de acuerdo a la ecuacin 2 de la siguientemanera:

Ecuacin X1.13

- Fin del apndice-.