Hormigón es el nombre que recibe el material resultante de la mezcla adecuada, denominada amasado, de cemento, agua, árido grueso (grava) y árido fino (arena). La composición de este material con barras de acero da lugar al hormigón armado. 

Cuando está en estado plástico o fresco, el hormigón puede moldearse con las formas y tamaños deseados. Por otro lado, cuando se endurece al final del proceso de hidratación del material cementante, normalmente llamado curado, tiene una alta resistencia a la compresión de entre 20 MPa y 90 MPa. 

Debido a sus ventajas, el hormigón armado es actualmente el material estructural más utilizado en el mundo.

PATOLOGÍAS EN LOS EDIFICIOS

A lo largo de la vida útil de un edificio, las desviaciones en el diseño, la construcción, el uso y el mantenimiento, así como el proceso natural de envejecimiento del material, provocan su deterioro y la consiguiente manifestación de defectos como:

• Grietas;
• Corrosión del blindaje;
• Pérdida de rendimiento, es decir, la pérdida de las características y funcionalidades esperadas de la estructura o el material durante su vida útil.

Por tanto, comprender los mecanismos que causan y manifiestan las anomalías es esencial para el mantenimiento y el funcionamiento seguro de cualquier estructura.

En este sentido, el enfoque holístico para comprender el material, el diseño, la construcción, la utilización y los procesos necesarios para mantener y restaurar las estructuras se conoce comúnmente como "Patología de la Construcción".

ENSAYOS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN

También durante la construcción de estructuras de hormigón se realizan pruebas de control de calidad del material, como elensayo de asentamiento y el ensayo de rotura en probetas tomadas como muestra de los lotes de hormigón utilizados. 

Estos ensayos se utilizan para evaluar la conformidad del hormigón en relación con los parámetros de diseño y construcción.

Aunque útiles, estos ensayos son representativos de un periodo limitado de la vida útil de la estructura de hormigón y presentan algunos obstáculos como:

• Documentación del proyecto no disponible para la evaluación;
• Manifestación de anomalías estructurales tras un largo periodo en servicio;
• Cuando existan dudas sobre la calidad del hormigón o la geometría de determinadas piezas (por ejemplo, vigas, pilares, losas, etc.) y/o su armadura;
• Cuando sea necesario obtener detalles de posibles anomalías presentadas durante el funcionamiento del activo.

En estas ocasiones, la inspección, el análisis estructural y las pruebas (destructivas o no) son de gran importancia para obtener una evaluación adecuada del problema existente. Cabe destacar que sólo con este diagnóstico es posible definir la necesidad y el método de corrección adecuado.

La conclusión es que el diagnóstico optimiza la vida útil del activo, aumenta los niveles de fiabilidad, reduce la necesidad de excesivos procesos de mantenimiento correctivo, entre otras ventajas. Además de inspección visualy auditoría de proyectos proyectos, Kot también realiza pruebas en estructuras metálicas y de hormigón. El objetivo de este texto es comentar algunas de las metodologías utilizadas por la empresa en las carrocerías de hormigón.

ULTRASONIDO DE HORMIGÓN

El principio de funcionamiento de los ensayos por ultrasonidos en hormigón, más conocidos como ultrasonidos para hormigón, consiste en medir el tiempo de propagación de una onda ultrasónica a lo largo de una pieza de hormigón. 

El tiempo de propagación depende de la densidad y el módulo de elasticidad del hormigón, y cambia en función de:

• Condiciones de densificación durante la construcción;
• Mezcla de hormigón, condiciones de curado;
• Anomalías a lo largo de la pieza de hormigón.

Para poder medir la velocidad de propagación, se necesita un equipo compuesto por transductores electroacústicos (emisor y receptor) y un ordenador que adquiera, procese e interprete las señales captadas. 

Además, hay que conocer con precisión la distancia de propagación para calcular la velocidad de propagación. La figura 1 esquematiza este proceso.

Figura 1: Ilustración del proceso de ultrasonidos. Fuente: Modificado de ACI 228.2R-13.

Teniendo esto en cuenta, los ultrasonidos en el hormigón pueden aplicarse a:

• Determinación de la homogeneidad del hormigón en estructuras;
• Definir las áreas en las que se recomienda una investigación más detallada;
• Controlar la evolución de las propiedades del hormigón a lo largo de la vida útil de la estructura;
• Determinar el módulo de elasticidad del hormigón en servicio.

La figura 2 muestra un ejemplo de resultados de ultrasonidos en hormigón.

Figura 2: Ejemplo de resultados de ultrasonidos en hormigón. Fuente: Kot Engenharia.

En caso de discontinuidad en la pieza, los ultrasonidos pueden ser útiles para definir la aparición e investigar la profundidad de propagación de grietas o huecos. Este proceso se ilustra en la figura 3.

Figura 3: Ilustración de la investigación por ultrasonidos de discontinuidades en el hormigón. Fuente: Modificado de ACI 228.2R-13.

Otra aplicación muy útil es el uso de ultrasonidos para estimar la resistencia a la compresión del hormigón, procedimiento que puede complementarse con pruebas de esclerometría y extracción de testigos. 

Este enfoque es especialmente interesante para la puesta en servicio y la investigación de estructuras de gran tamaño y/o gran responsabilidad, como:

• Puentes, viaductos y otras obras de arte especiales como:
  • Túneles, ferrocarriles y autopistas; 
  • Edificios de apoyo a los equipos (trituradoras, silos, molinos, etc.) y otros procesos.

Esta prueba está normalizada por normas brasileñas e internacionales. Aún así, es esencial comprender el comportamiento estructural y la interpretación de los datos obtenidos.

TOMOGRAFÍA ULTRASÓNICA DEL HORMIGÓN

En los últimos 30 años, la tomografía ultrasónica del hormigón, o tomografía del hormigón, se ha generalizado como herramienta para la investigación no destructiva de piezas estructurales de hormigón. 

Según White, la tecnología se ha utilizado históricamente para definir el grosor de piezas de hormigón, el módulo de elasticidad, la conformidad ejecutiva y la detección de anomalías.

El método se basa en la emisión y recepción de ondas ultrasónicas a través de un conjunto de transductores. A lo largo de la trayectoria de propagación en un medio no homogéneo (como el hormigón), se obtienen refracciones y reflexiones que pueden triangularse y también evaluarse en función del nivel de "resistencia" a la propagación de las ondas. 

Con estos datos, se utiliza un software para construir imágenes bidimensionales de la sección analizada. La figura 4 ejemplifica este proceso.

Figura 4: Ilustración del proceso de construcción tomográfica. Fuente: Adaptado de Proceq.

En esta configuración, las imágenes más cercanas a los tonos rojizos indican regiones de mayor heterogeneidad, tales como

• Destacamentos;
• Vacía;
• Barras de refuerzo.

En cambio, los tonos más azules indican zonas de baja reflexión, es decir, mayor homogeneidad. La figura 5 muestra un ejemplo del resultado de una prueba.

Figura 5: Ejemplo de tomografía en un muro de hormigón armado. Fuente: Kot Engenharia.

Los dispositivos más modernos tienen transductores cerámicos que no necesitan acoplador y disponen de una amplia gama de frecuencias, lo que significa que pueden utilizarse para investigar diferentes geometrías y tipos de hormigón. 

Otra gran ventaja de esta prueba es la posibilidad de investigar estructuras con una sola cara accesible, por ejemplo:

• Investigaciones sobre muros estructurales de hormigón en túneles;
• Conferencia sobre la inyección de vainas para armaduras activas en puentes pretensados;
• Investigación de defectos y discontinuidades en piezas de hormigón en general, como vigas, pilares y losas;
• Medición del espesor de piezas de hormigón en las que sólo se puede acceder por un lado.

PACOMETRÍA

La pacometría es la prueba que utiliza la inducción electromagnética para evaluar la presencia, el recubrimiento y, en algunos casos, el diámetro de las barras de armadura en piezas de hormigón armado. 

Los marcapasos comerciales pueden dividirse en dos clases:

• Basado en el principio de la reluctancia magnética;
• Basado en la medición de las corrientes parásitas.

Las mediciones basadas en las corrientes de Foucault son posibles debido a que, cuando se acerca un campo magnético a un material conductor, se despiertan corrientes eléctricas (de Foucault) en este material conductor. 

A su vez, las corrientes parásitas alteran la configuración del campo magnético original. En la práctica, se interpreta que esta alteración indica la presencia de una barra de acero, como se ilustra en las figuras 6 y 7.

Figura 6: Ilustración del proceso de inducción de parásitos. Fuente: Modificado de ACI 228.2R-13.

Figura 7: Ilustración del proceso de inducción de parásitos. Fuente: Modificado de ACI 228.2R-13.

Kot Engenharia dispone de equipos con productividad adecuada para realizar ensayos en piezas de gran superficie, como losas, pero es más habitual que este procedimiento se realice en superficies menores:

• Asistir en la realización de ecografías o pacometrías;
• Control de calidad en relación con la colocación y el recubrimiento de las barras de armadura tras el hormigonado de las piezas;
• Investigar las estructuras de las que no se dispone de documentación de diseño;
• Eliminación de testimonios de estructuras en servicio (se tratará en un próximo post);
• Localice los materiales ferromagnéticos incrustados en el hormigón (tubos, insertos, etc.).

Las limitaciones de este método surgen en algunas situaciones, como:

• En la investigación de zonas con alta densidad de barras o con presencia de campos electromagnéticos secundarios;
• La lectura del diámetro de las barras, cuando es posible, puede resultar difícil;
• Investigar la segunda capa de barras de refuerzo es casi siempre inviable.

Por tanto, puede decirse que la realización de esta prueba requiere el conocimiento del método y su aplicación.

De la lectura del texto se puede concluir que no basta con disponer de equipos modernos y tecnológicos para realizar una correcta evaluación estructural. Además de las herramientas, es necesario dominar los conceptos, desde los fundamentales hasta los que implican la lectura e interpretación de los datos adquiridos. 

Kot Engenharia puede ayudar en esto, disponiendo del equipo adecuado y de mano de obra especializada para realizar los servicios. Entre en contacto con nuestro equipo.

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Referencias:

[1] SILVA, Ney. Hormigón armado. Apuntes de clase - Universidad Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, 2021.

[2] PFEIL, Walter. Hormigón armado Vol. 1. Río de Janeiro: LTC, 1985.

[3] OIEA. Guidebook on non-destructive testing of concrete strutures. Viena: OIEA, 2002.

[4] SOUZA, RIPPER. Patología, recuperación y refuerzo de estructuras de hormigón. São Paulo: Pini, 1998.

[5] MACDONALD, Susan. Concrete: Building Pathology. Oxford: Blackwell Science, 2009.

[6] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 8802: Hormigón endurecido - Determinación de la velocidad de propagación de ondas ultrasónicas - Método de ensayo, 2019.

[7] AMERICAN CONCRETE INSTITUTE - ACI 228.2R:2013: Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures.

[8] BLANCO, Joshua Benjamin. Tomografía ultrasónica para la detección y localización de defectos en estructuras de hormigón. 2012. Tesis - Master of Science, Texas A&M University, 2012.