Método de ensayo. Medición de la velocidad de Onda-P

Método de ensayo. Medición de la velocidad de Onda-P

NORMA
TÉCNICA
GUATEMALTECA
NTG 41017 h27
Titulo
Método de ensayo. Medición de la velocidad de Onda-P y el espesor de placas de
concreto utilizando el método Impacto-Eco (Impact-Echo)
Correspondencia
Esta norma es esencialmente equivalente a la norma ASTM C1383-04 (reaprobada en 2010) en la cual está basada, incluye la designación propia de las
normas guatemaltecas.
Observaciones
Aprobada: 2015-11-06
Comisión Guatemalteca de Normas
Calzada Atanasio Tzul 27-32 zona 12
Ministerio de Economía
Tel (502) 2447 2600
Referencia
[email protected]
http://www.mineco.gob.gt
ICS 91.100.30
NTG 41017 h27
2/30
Prólogo COGUANOR
La Comisión Guatemalteca de Normas (COGUANOR) es el Organismo Nacional de
Normalización, creada por el Decreto No. 1523 del Congreso de la República del 05
de mayo de 1962. Sus funciones están definidas en el marco de la Ley del Sistema
Nacional de la Calidad, Decreto 78-2005 del Congreso de la República.
COGUANOR es una entidad adscrita al Ministerio de Economía, su principal misión
es proporcionar soporte técnico a los sectores público y privado por medio de la
actividad de normalización.
COGUANOR, preocupada por el desarrollo de la actividad productiva de bienes y
servicios en el país, ha armonizado las normas internacionales.
El estudio de esta norma, fue realizado a través del Comité Técnico de
Normalización de Concreto (CTN Concreto), con la participación de:
Ing. Xiomara Sapón Roldán
Coordinador de Comité
Ing. Luis Alvarez Valencia
REPRESENTANTE ICCG
Ing. Estuardo Herrera
REPRESENTANTE CEMENTOS PROGRESO
Ing. Leonel Morales Aguirre
REPRESENTANTE CEMEX GUATEMALA
Ing. Sergio Quiñonez Guzmán
REPRESENTANTE PRECON
Ing. Héctor Rodolfo Orozco Avalos
REPRESENTANTE INDEPENDIENTE
Arq. Ester Maria Alfaro de Schwartz
REPRESENTANTE ARK STUDIO
Ing. Max Schwartz
REPRESENTANTE ARK STUDIO
Ing. Sergio Sevilla
REPRESENTANTE CIFA
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
3/30
Arq. Jorge Luis Arévalo
REPRESENTANTE CONCRETEST
Abel David Arriaza
REPRESENTANTE MACIZO
Ing. Ramiro Callejas Montufar
REPRESENTANTE FHA
Ing. Orlando Quintanilla
REPRESENTANTE FHA
Paulo Cesar Castro Barrientos
REPRESENTANTE MACROMIX
Ing. Armando Jose Diaz Aldana
REPRESENTANTE MACROMIX
Gabriel Granados
REPRESENTANTE PRECSA
Ing. Héctor Herrera
REPRESENTANTE COGUANOR
Ing. Kenneth Molina
REPRESENTANTE INDEPENDIENTE
Ing. Marlon Portillo Matta
REPRESENTANTE MUNICIPALIDAD DE GUATEMALA
Ing. Marcelo Quiñonez
REPRESENTANTE FORCOGUA
Ing. Javier Quiñonez
REPRESENTANTE CONCYT
Bradford Ramírez
REPRESENTANTE TECNOMASTER
Elder Armando Ramos
REPRESENTANTE CII-USAC
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
4/30
Ing. Rodolfo Rosales Bermúdez
REPRESENTANTE SUISA
Arq. Luis Fernando Salazar Girón
REPRESENTANTE CIA-USAC
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
5/30
ÍNDICE
Título
Página
1.
Objeto .............................................................................................................................................. 6
2.
Documentos citados ...................................................................................................................... 7
3.
Terminología ................................................................................................................................... 7
4.
Significado y uso .......................................................................................................................... 10
PROCEDIMIENTO A: MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE ONDA-P ........................................ 11
5.
Resumen del procedimiento ...................................................................................................... 11
6.
Equipo ........................................................................................................................................... 12
7.
Preparación de la superficie ...................................................................................................... 14
8.
Procedimiento ............................................................................................................................... 14
9.
Análisis de datos y cálculos ....................................................................................................... 16
PROCEDIMIENTO B- ENSAYO IMPACTO-ECO (IMPACT-ECHO) .......................................... 17
10.
Resumen del método de ensayo .......................................................................................... 17
11.
Equipo ........................................................................................................................................ 18
12.
Preparación de la superficie de ensayo ............................................................................... 19
13.
Procedimiento ........................................................................................................................... 19
14.
Análisis de datos ...................................................................................................................... 22
15.
Interpretación de resultados .................................................................................................. 22
16.
Reporte ...................................................................................................................................... 24
17.
Precisión y sesgo ..................................................................................................................... 25
18.
Palabras Clave ......................................................................................................................... 25
APÉNDICE ............................................................................................................................................ 26
X1. ERRORES SISTEMÁTICOS ...................................................................................................... 26
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
6/30
Método de ensayo. Medición de la velocidad de Onda-P y el espesor de placas
de concreto utilizando el método Impacto-Eco (Impact-Echo)
1. Objeto
1.1. Este método de ensayo cubre los procedimientos para determinar el espesor
de losas de concreto, pavimentos, cubiertas de puentes, muros u otra estructura
tipo placa, utilizando el método Impacto-Eco (Impact-Echo).
1.2. Los siguientes dos procedimientos son cubiertos en este método de ensayo:
1.2.1. Procedimiento A: Medición de velocidad de Onda-P. Este procedimiento
mide el tiempo que toma para que viaje una Onda-P, que es generada por un
impacto puntual de corta-duración, entre dos transductores ubicados a una
distancia conocida, separada a lo largo de la superficie de una estructura. La
velocidad de la Onda-P es calculada por medio de la división de la distancia entre
los dos transductores y el tiempo de viaje.
1.2.2. Procedimiento B: Ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo). Este procedimiento
mide la frecuencia en que la Onda-P, que es generada por un impacto puntual de
corta duración, es reflejada entre dos superficies paralelas (opuestas) de una
placa. El espesor es calculado mediante la medición de esta frecuencia y la
velocidad 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 la
placa.
1.3. Los valores especificados en unidades SI, deben considerarse como el
estándar. No se incluyen otros sistemas de medidas en esta norma.
1.4. Esta norma no pretende señalar todas las medidas sobre seguridad, si las
hubiere, asociadas con su utilización. Es responsabilidad del usuario de esta
norma establecer las prácticas apropiadas de salud y seguridad y determinar la
aplicabilidad de las limitaciones reguladoras antes de su uso.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
7/30
2. Documentos citados
2.1. Normas NTG1 (ASTM)
NTG 41017 h17 (ASTM C597-09) Método de ensayo. Determinación de la velocidad
del pulso ultrasónico a través del concreto.
2.2. Normas ASTM2
ASTM E1316 Terminología para ensayos no destructivos.
3. Terminología
3.1. Definiciones:
3.1.1. Impedancia acústica: Es el producto de la velocidad y la densidad de una
Onda-P, es utilizada en cálculos de caracterización de ondas de esfuerzo, reflejadas
en los bordes.
3.1.2. Espectro de amplitud: Una gráfica de la amplitud relativa contra la frecuencia
que se obtiene de una forma de onda utilizando la técnica de transformada de
Fourier.
3.1.3. Transformada de Fourier: Una técnica numérica utilizada para convertir formas
de onda digitales a partir del dominio de tiempo hasta el dominio de frecuencia.
3.1.3.1. Discusión: Los picos en el espectro de amplitud corresponden a las
frecuencias dominantes en la forma de onda.
3.1.4. Método Impacto-Eco (Impact-Echo): Un método de ensayo no destructivo
basado en la utilización de un mecanismo de impacto de corta duración para generar
ondas de esfuerzo transitorias y el uso de un transductor receptor de banda ancha
ubicado a un costado del punto de impacto.
3.1.4.1. Discusión: Las formas de onda son convertidas al dominio de frecuencias y
espectro de amplitud resultante, es analizada para obtener las frecuencias
dominantes en la respuesta de la estructura al impacto. Estas frecuencias son
utilizadas para determinar el espesor de la estructura o la presencia de fallas.
1
Las normas NTG pueden consultarse en la Comisión Guatemalteca de Normas COGUANOR Calzada Atanasio
Tzul 27-32 zona 12, Guatemala
2
Para las normas ASTM en referencia, visitar la página ASTM, www.astm.org, o contactar al servicio al cliente
ASTM [email protected].
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
8/30
3.1.5. Duración de impacto: El tiempo en que el dispositivo de impacto, utilizado para
generar ondas de esfuerzo, está en contacto con la superficie de ensayo. También se
refiere como tiempo de contacto.
Voltios
3.1.5.1. Discusión: La duración de impacto es un aspecto crítico en el éxito de los
dos procedimientos cubiertos por este método. Se brindan las duraciones de impacto
recomendadas. En la práctica, el tiempo de duración dependerá del tipo de
dispositivo que emite el impacto y la condición del concreto en el punto de impacto.
Superficies duras y lisas, darán una duración de impacto más corto que superficies
suaves y ásperas. El usuario debe verificar que la duración del impacto esté dentro
de los rangos recomendables. Una medida aproximada de la duración del impacto
puede ser obtenida desde la porción de una forma de onda correspondiente a la onda
superficial de llegada.3 La Figura 1 muestra un ejemplo de la porción de onda
superficial de una forma de onda y se indica el tiempo de contacto aproximado.
Figura 1: Vista extendida de una porción de una forma de onda de una onda superficial que
muestra el ancho de la señal de onda superficial como una aproximación del tiempo de
contacto del impacto
3.1.6. Onda-P: Es una onda de esfuerzo dilatacional (longitudinal o primaria) que
causa el desplazamiento de partículas paralelo a la dirección de la propagación de la
onda. Esta onda produce esfuerzos normales (de tensión o compresión) a manera
3
Sansalone, M. and Streett, W.B., Impact-Echo: Nondestructive Evaluation of Concrete and Masonry (ImpactoEco: Evaluación no destructiva de concreto y mampostería), Bullbrier Press, Ithaca, NY and Jersey Shore, PA,
1997.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
9/30
que se propaga.
3.1.7. Velocidad de Onda-P: La velocidad en la cual la Onda-P se propaga a través
de un sólido semi-infinito.
3.1.7.1. Discusión: La velocidad de la Onda-P es la misma que la velocidad de pulso
de compresión, medida de acuerdo al método de ensayo NTG 41017 h17 (ASTM
C597-09).
3.1.8. Frecuencia de muestreo: El ritmo al que se registran los puntos que componen
la forma de onda; el inverso del intervalo de muestreo, expresado en Hz o
muestras/s (también conocido como el ritmo de muestreo)
3.1.9. Periodo de muestreo: la duración de la forma de onda, la cual equivale al
número 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 dos
puntos adyacentes en la forma de onda.
3.1.11. Onda superficial: Una onda de esfuerzo en la que el movimiento de partículas
es elíptico y la amplitud del movimiento de partículas disminuye rápidamente con la
profundidad. También son conocidas como las Ondas Rayleigh (u Ondas-R).
3.1.12. Forma de onda: Un registro de señales de un transductor que grafica el
voltaje contra el tiempo.
3.1.13. Consultar la terminología ASTM E1316 para definiciones adicionales
relacionadas con ensayos ultrasónicos no destructivos, que sea aplicables a este
método de ensayo.
3.2. Definiciones de los términos específicos de esta norma:
3.2.1. Velocidad aparente de Onda-P en una placa: 3,4 un parámetro que es 0.96 de
la velocidad de la Onda-P:
(Ecuación 1)
Dónde:
Cp,placa = La velocidad aparente de la Onda-P en la placa, m/s, y
Cp = La velocidad de la Onda-P en el concreto, la cual es obtenida del Procedimiento A, m/s
4
Sansalone, 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 utilización en ensayos Impacto-Eco utilizando la Técnica de Medición
de Velocidad de Ondas-P) ACI Journal, Vol. 94, No. 6, Noviembre - Diciembre 1997, pp. 531–539.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
10/30
3.2.1.1. Discusión: Este parámetro se utiliza en el cálculo del espesor en mediciones
de placas por medio de Impacto-Eco (Impact-Echo). La velocidad de la Onda-P en un
material (concreto) es convertido a una velocidad aparente de Onda-P, en una placa
que se utiliza para calcular el espesor de la placa de acuerdo a la siguiente ecuación:
(Ecuación 2)
Dónde:
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 de
amplitud, Hz.
3.2.2. Placa: Cualquier estructura prismática en donde las dimensiones laterales son
al menos seis veces el espesor.
3.2.2.1. Discusión: Son necesarias dimensiones mínimas laterales para prevenir que
se interfieran los modos 3 de vibración de la placa con la identificación del modo de
espesor de frecuencia en un espectro de amplitud. Las dimensiones mínimas
laterales y el periodo de muestreo aceptables son relacionables, como se explica en
la Nota 11.
4. Significado y uso
4.1. Este método de ensayo puede ser utilizado como un substituto para, o en
conjunto con, la perforación de núcleos para determinar el espesor de losas,
pavimentos, cubiertas, paredes u otras estructuras de placa. Existe un cierto nivel de
error sistemático en el cálculo del espesor debido a la naturaleza discreta de los
registros digitales que se utilizan. El error sistemático absoluto depende del espesor
de 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 la
estructura, 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 en
donde se requiere determinar el espesor (Procedimiento B).
4.3. El espesor mínimo y máximo que se puede medir está limitado por las
características del equipo de ensayo (características de respuesta del transductor y el
emisor de impactos específico). Los límites deben ser especificados por el fabricante
del equipo, y el equipo no debe ser utilizado más allá de esos límites. Si el equipo de
ensayo es ensamblado por el usuario, los límites de espesor deben ser establecidos
y documentados.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
11/30
4.4. Este método de ensayo no es aplicable a estructuras de placa con
recubrimientos, como lo es una cubierta de puente con recubrimiento de asfalto o
concreto de cemento portland. Este método es basado en la suposición que la placa
de concreto tiene la misma velocidad de Onda-P a lo largo de su profundidad.
4.5. El procedimiento A se realiza en concreto que está secado al aire, ya que un alto
contenido de humedad superficial puede alterar los resultados.
4.6. El procedimiento B se aplica para una placa de concreto que descansa sobre un
sustrato de suelo, grava, concreto asfaltico permeable, o concreto de cemento
portland puro, siempre que exista suficiente diferencia de impedancia 3 acústica entre
el concreto y el sustrato o donde exista suficientes vacíos de aire en la interface para
producir reflejos medibles. Si estas condiciones no se cumplen, la forma de onda será
de baja amplitud y la amplitud del espectro no incluirá un pico dominante a la
frecuencia correspondiente al espesor (Ecuación 2). Si la interface entre el concreto y
la sub-base es áspera, la amplitud del espectro tendrá un pico redondeado en lugar
de un pico afilado asociado con una superficie plana.
4.7. Los procedimientos descritos no son influenciados por el ruido del tráfico o
vibraciones estructurales de baja frecuencia generadas por movimiento normal de
tráfico a través de la estructura.
4.8. Los procedimientos no son aplicables en presencia de ruidos mecánicos creados
por equipo de impacto (martillos hidráulicos, martillos de rebote, barredoras
mecánicas, etc.) en la estructura.
4.9. El procedimiento A no es aplicable en la presencia de ruido eléctrico de amplitud
alta, como por ejemplo el que puede producirse por un generador u otra fuente de
emisión, que es transmitido a un sistema de obtención de datos.
PROCEDIMIENTO A: MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD DE ONDA-P
5. Resumen del procedimiento
5.1. Se utiliza un impacto en una superficie de concreto para generar ondas de
esfuerzo transitorias. Estas ondas se propagan a lo largo de la superficie del concreto
pasando por dos transductores, colocados en una línea a través del punto de impacto
y a una distancia de separación conocida.
5.2. El tiempo de diferencia entre la llegada de una Onda-P (onda de esfuerzo con
velocidad alta) a cada uno de los transductores se utiliza para determinar la velocidad
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
12/30
de las Ondas-P por medio de la división 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 esférico o de punta esférica.
Debe producir una duración de impacto de 30 ± 10 µs con energía suficiente para
producir desplazamientos superficiales debido a la Onda-P y que puedan ser
registrados por los dos transductores. (Ver nota 1). El emisor de impacto se debe
ubicar para que pueda golpear en la línea central pasando a través de dos
transductores 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 diámetro y
unidos a una barra de resorte de acero, producen impactos adecuados.
6.2. Transductores: Dos transductores de banda ancha que responden a
desplazamientos normales a la superficie. Estos transductores deben ser capaces de
detectar desplazamientos pequeños que corresponden a la llegada del impacto
generado de la Onda-P que viaja a lo largo de la superficie. Un área de contacto
pequeña entre el elemento piezoeléctrico y la superficie de concreto se requiere para
registrar con precisión la llegada de las Ondas-P (Ver nota 2). Utilizar un material
adecuado para acoplar el transductor al concreto.
NOTA 2: Un transductor de desplazamiento disponible comercialmente, hecho de elementos cónicos
piezoeléctricos con un diámetro de punta de 1.5 mm y el extremo más grande adherido a un bloque de
6
soporte de latón se ha encontrado adecuado. Una lámina de plomo de aproximadamente 0.25 mm de
espesor es adecuada para acoplar el material para tal transductor.
6.2.1. Los transductores que sean aceptables deben registrarse previamente para
producir resultados precisos en placas de espesor similar a las que deben ser
medidas por este método de ensayo.
6.3. Dispositivo separador: Un dispositivo separador debe proporcionarse para
mantener los transductores a una distancia de separación establecida. Esta no debe
interferir con la habilidad de los transductores para medir los desplazamientos
superficiales. Debe ser fabricado para minimizar la posibilidad de transmitir Ondas-P
a lo largo del mismo y para prevenir la interferencia con las mediciones de tiempo de
viaje de las Ondas-P. Las puntas del transductor deben ser colocadas por separado
aproximadamente a 300 mm. Medir y registrar al 1 mm más cercano a la distancia
5
El equipo adecuado está disponible comercialmente.
Proctor, T.M., Jr., “Some Details on the NBS Conical Transducer,” (Algunos Detalles en el Transductor Cónico
NBS) J. of Acoustic Emission (J. de Emisión Acústica), Vol 1, No. 3, pp. 173–178.
6
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
13/30
real entre los centros y las puntas del transductor.
NOTA 3: La precisión de la medición es afectada si la distancia entre las puntas de los dos
transductores no se conoce exactamente. Los materiales y diseño de los dispositivos separadores
deben ser elegidos para minimizar el cambio de la separación de los transductores debido a los
cambios en la temperatura.
6.4. Sistema de obtención de datos: Los equipos y programas para obtener, registrar
y procesar la salida de los dos transductores. Este sistema puede ser una
computadora portátil con una tarjeta de obtención de datos de dos canales, o puede
ser 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 µs o menos). El sistema debe ser capaz de dispararse a la
señal de uno de los canales de registro.
6.4.2. El rango de voltaje y la resolución de voltaje del sistema de obtención de datos
debe ser combinado con la sensibilidad de los transductores para que la llegada de la
Onda-P se determine con precisión.
NOTA 4: Por ejemplo, una tarjeta de obtención de datos con un rango de voltaje de ± 2.5 V y
resolución 12-bits ha sido encontrado adecuado para los transductores descritos en la Nota 2.
6.4.3. El sistema de visualización debe incluir cursores, incluyendo una lectura
correspondiente 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 obtención de datos debe ser operado por una fuente de poder
que no produzca ruido eléctrico detectable por los transductores y el sistema de
obtención de datos cuando el sistema sea instalado a la sensibilidad de voltaje
requerida para detectar las llegadas de la Onda-P.
NOTA 5: Se ha encontrado apropiado para obtener datos, los sistemas energizados por baterías.
6.5. Conectores y cables: Para conectar los transductores a un sistema de obtención
de datos. Los conectores deben ser de alta calidad y estar conectados de forma
ajustada a los cables. Los cables deben estar blindados para reducir el ruido
eléctrico.
6.6. Equipo de chequeo de funcionalidad: Equipos para verificar que todas las partes
del sistema de ensayo estén funcionando apropiadamente para comenzar con el
ensayo.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
14/30
NOTA 6: Esto puede incluir un espécimen de ensayo de referencia para el cual la respuesta de
impacto haya sido determinada y pueda ser comparada con la salida del sistema de ensayo.
7. Preparación de la superficie
7.1. La superficie de trabajo debe estar seca. Remover toda la suciedad y escombros
de la superficie en donde se medirá la velocidad de las Ondas-P.
7.2. Si la superficie de ensayo está extremadamente áspera, y es difícil alcanzar un
buen contacto entre la punta del transductor y el concreto, pulir la superficie para
lograr un buen contacto.
NOTA 7: La rugosidad superficial puede ser un problema al ensayar pavimentos de carreteras o con
superficies de textura áspera o acanalada. En construcciones nuevas, los componentes de curado
puede que necesiten ser removidos en las ubicaciones de ensayo para permitir un acople del
transductor y para obtener impactos de duración corta.
8. Procedimiento
8.1. En la figura 2 se muestra un esquema para la instalación del ensayo para el
Procedimiento A.
8.2. Ensamblar el equipo (transductores, dispositivo separador, emisor del impacto).
Verificar que el sistema de ensayo esté funcionando correctamente. Posicionar el
equipo en la superficie plana, y posicionar el generador de impacto en línea, pasando
a través de dos transductores y a una distancia de 150±10 mm desde el primer
transductor (de disparo). Si el ensayo es en una superficie áspera, ensayar
paralelamente de forma que la línea a través de los transductores y el emisor de
impactos no se crucen dicha superficie áspera. Si grietas están presentes, se debe
posicionar el equipo para que las grietas no intersecten la línea que pasa a través del
punto de impacto y los dos transductores.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
15/30
Figura 2: Esquema del equipo de ensayo para el Procedimiento A
8.3. Alistar el sistema de obtención de datos con parámetros de obtención de datos
correctos (frecuencia de muestreo, rango de voltaje, nivel de disparo, retraso, etc.)
Nota 8: Para algunos sistemas, es recomendable ajustar los parámetros de obtención de datos para
que aproximadamente 100 puntos sean registrados antes del punto de disparo. Esta información de
pre-disparo permite una evaluación de los valores base en la forma de onda antes de la llegada de la
Onda-P.
8.4. Ejecutar el impacto. Examinar las formas de onda obtenidas. Si las formas de
onda de ambos transductores son válidas, almacenar los datos para un análisis
posterior. Si las llegadas de Onda-P no pueden ser identificadas con certeza, repetir
el ensayo en la misma ubicación o moverse a una ubicación 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 flechas
posicionadas en los puntos correspondientes a las llegadas de Ondas-P en cada forma de onda. En el
caso de las llegadas de la Onda-P a las ubicaciones de los transductores, son claramente identificados
por el aumento de formas de onda por encima de los niveles del ambiente. La velocidad calculada de
una Onda-P es de 0.3/(0.000076) = 3950 m/s, la cual es un valor razonable.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
16/30
9. Análisis de datos y cálculos
9.1. Mostrar en la pantalla del sistema de obtención de datos las formas de onda de
los dos transductores para que sean graficados en contra del mismo eje de tiempo.
Voltios
9.2. Identificar el tiempo de llegada directa de la Onda-P en cada forma de onda. La
llegada de la Onda-P es identificada como el primer punto en donde el voltaje cambia
desde el valor de línea base (ver figura 3). Utilizar los cursores para mostrar las
lecturas de voltaje y tiempo en los puntos correspondientes a las llegadas de la
Onda-P. Determinar la diferencia de tiempo, Δt, entre la llegada de la Onda-P en
cada forma de onda. Esta diferencia de tiempo es el tiempo de viaje. Se permite la
detección automática de Ondas-P en las formas de onda siempre que las formas de
onda sean estables (no contengan ruido) antes de las llegadas de Onda-P.
Figura 3: Ejemplos de formas de ondas obtenidas utilizando el Procedimiento A (Únicamente la
parte inicial de la forma de onda fue graficada)
9.3. Utilizar el tiempo de viaje, Δt, y el espacio medido entre los transductores, L, para
calcular la velocidad de la Onda-P:
Cp= L / ΔT
(Ecuación 3)
9.4. Realizar dos réplicas del ensayo en cada ubicación del ensayo. Si el tiempo de
viaje medido es el mismo en ambos casos, entonces se puede proceder a moverse a
otros puntos de ensayo. Si dos tiempos de viaje difieren en un muestreo o más,
realizar un tercer ensayo y aceptar el valor de tiempo de viaje que se repita como el
valor correcto. Si dos de tres mediciones no concuerdan, asegurarse que los
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
17/30
transductores estén 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 ecuación 1.
9.6. Procedimiento alternativo: Bajo circunstancias en donde una máxima exactitud
en el cálculo del espesor no es crítico, se permite calcular la velocidad aparente de
las Ondas-P en el concreto por medio de la calibración directa con el espesor
calculado en puntos de la estructura. Determinar el espesor de la estructura,
determinar la frecuencia del espesor en el mismo punto de acuerdo con el
Procedimiento B, y utilizar la ecuación 2 y resolver para la velocidad de onda
aparente. El comprador del servicio de ensayo y la agencia de ensayo deben acordar
si esta alternativa es permitida. Ellos deben acordar también el número y la ubicación
de puntos de calibración y el método para determinar el espesor del concreto.
Cuando este procedimiento alternativo es utilizado, el procedimiento de interpretación
del inciso 15 no es aplicable.
PROCEDIMIENTO B- ENSAYO IMPACTO-ECO (IMPACT-ECHO)
10.Resumen del método de ensayo
10.1. El impacto en la superficie del concreto genera esfuerzos de onda en donde las
Onda-P son de principal importancia. La Onda-P se propaga en la placa y se refleja
desde la superficie opuesta.
10.2. Reflexiones múltiples de la Onda-P entre la superficie de la placa da crecimiento
a una resonancia de espesor trascendental con una frecuencia relacionada al
espesor de la placa.
10.3. Un transductor receptor ubicado cerca del punto de impacto, registra el
desplazamiento superficial causado por la llegada de ondas reflejadas. La salida del
transductor 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 frecuencia
utilizando la técnica de transformada de Fourier y se obtiene un espectro de amplitud.
La resonancia del espesor produce un pico dominante en el espectro, que puede ser
identificado fácilmente. El valor de la frecuencia de este pico es utilizado en conjunto
con la velocidad aparente de la Onda-P obtenida en el procedimiento A para calcular
el espesor de la placa por medio de la ecuación 2.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
18/30
11.Equipo
11.1. Emisor de impacto: El emisor de impacto debe ser esférico o de punta esférica.
Debe generar la energía suficiente a una placa sólida para obtener un espectro de
amplitud bien definido con un pico predominante. La duración de impacto, tc, debe ser
menor (ver inciso 3.1.5) que el tiempo de viaje de ida y vuelta para una Onda-P, esto
es:
(Ecuación 4)
NOTA 10: Esferas metálicas endurecidas con rangos de diámetro desde 8 a 16 mm, adheridos a una
barra de resorte de acero y con generadores de impacto mecánicos de punta esférica, se han
encontrado generadores de impacto adecuados para pavimentos típicos de autopistas.
11.2. Transductores: Un transductor de banda ancha que responde a
desplazamientos normales a la superficie. Este transductor es igual al descrito en el
Procedimiento A.
11.3. Sistema de obtención de datos: Para obtener, registrar y procesar la salida del
transductor. Este sistema es igual al descrito en el procedimiento A.
11.3.1. La frecuencia de muestreo típica debe ser entre 500 kHz (intervalo 2 µs) y 250
kHz (intervalo 4µs)
11.3.2. El número típico de puntos de datos en el registro de formas de onda es 1024
o 2048.
11.3.3. La duración típica de las formas de onda registradas (el periodo de muestra)
es 4096 µs o 8192 µs.
NOTA 11: El periodo de muestreo es el producto del número de puntos registrados y el intervalo de
muestreo. El inverso del periodo de muestreo establece el intervalo de frecuencia en el espectro de
amplitud obtenido por el método de transformadas rápidas de Fourier. Un periodo de muestreo de
4096 µs corresponde al intervalo de frecuencia de 244 Hz y el periodo de muestreo de 8192 µs
corresponde a 122 Hz. Los intervalos de frecuencia menores, resultan en una mayor precisión de la
medición del espesor. Sin embargo, el periodo de muestreo debe ser escogido considerando las
dimensiones laterales del espesor relativo de la placa. Si la dimensión lateral pequeña es de al menos
20 veces el espesor, un periodo de muestreo de 8192 µs puede ser utilizado. Si la dimensión lateral
pequeña es de al menos 10 veces el espesor, un periodo de muestreo de 4096 µs puede ser utilizado.
Para dimensiones laterales más pequeñas, un periodo de muestreo menor debe ser utilizado,
resultando en un mayor grado de incerteza en la medición del espesor. Estas limitaciones son
necesarias para asegurar que la forma de onda no incluye movimientos asociados con otros modos de
vibración que pueden interferir con la habilidad de identificar la frecuencia del espesor de la placa en el
espectro de amplitud.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
19/30
11.3.4. El rango de voltaje para obtener datos debe ser tal que la amplitud de la
forma de onda sea suficientemente grande para permitir una examinación visual de
sus características clave, como lo es la señal de la onda superficial y las oscilaciones
subsecuentes.
11.3.5. Los programas de computación (software) se deben proporcionar para
obtener, registrar, mostrar y analizar los datos. El programa de computación
(software) debe calcular el espectro de amplitud desde la forma de onda registrada.
El espectro de amplitud debe mostrarse inmediatamente después que la forma de
onda haya sido capturada. Debe incluir un cursor para determinar manualmente la
frecuencia del espesor. Es permitido utilizar un programa de computación (software)
para determinar la frecuencia del espesor.
11.3.6. El sistema de obtención de datos debe ser operado por una fuente de poder
que no produzca ruido eléctrico, el cual puede ser detectado por el transductor y el
sistema de obtención de datos cuando el sistema esté programado en el rango de
voltaje 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.Preparación de la superficie de ensayo
12.1.1. Remover todos los escombros y suciedad de la superficie en donde se
determinará el espesor.
12.1.2. Si la superficie de ensayo es extremadamente áspera, y no permite alcanzar
un buen contacto entre la punta del transductor y el concreto, pulir la superficie para
que 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.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
20/30
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 medir
el espesor. Ubicar el generador de impactos para impactar a una distancia menor de
0.4 del espesor de placa nominal afuera del transductor.
13.3. Alistar el sistema de obtención de datos con los parámetros de obtención de
datos corregidos (frecuencia de muestreo, rango de voltaje, nivel de disparo, atraso,
etc.) La obtención de datos debe ser disparada por una señal del transductor o por un
dispositivo de impacto. De ser necesario, establecer los parámetros de obtención de
datos por medio de ensayos de prueba.
NOTA 13: Para algunos sistemas, es recomendable ajustar los parámetros de obtención de datos para
que cerca de 100 puntos sean registrados antes del punto de disparo. La porción inicial de la forma de
onda provee información en el tiempo de contacto del impacto y puede ayudar a identificar formas de
onda inválidas debido a su mal acoplamiento, ruido eléctrico y otros factores.
13.4. Realizar el impacto. Examinar la forma de onda obtenida y el espectro de
amplitud correspondiente. Cuando se realice un juicio acerca de la validez de la
forma de onda, examinar ya sea si la porción de la forma de onda es de forma
correcta y que la onda superficial sea seguida por oscilaciones periódicas
correspondiente a las múltiples reflexiones entre la placa y los bordes. El espectro de
amplitud de una forma de onda debe tener un pico dominante simple a una
frecuencia 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
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
21/30
Amplitud relativa
Voltios
correspondiente espectro de respuesta para un ensayo de una losa de cimentación. El intervalo de
muestreo es de 4 µs y el número 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 válido Impacto-Eco (Impact
Echo) 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 la
forma de onda y el espectro de amplitud. Repetir el ensayo para verificar los
resultados. Si los resultados son repetibles y válidos, moverse al siguiente punto. Si
la forma de onda y el espectro de amplitud no son válidos (ver Nota 15), verificar que
la superficie de ensayo esté libre de polvo y escombros y que el transductor esté
acoplado adecuadamente a la superficie de ensayo. También verificar que el punto
de impacto esté plano y libre de escombros, y que el tamaño correcto del generador
de impactos esté siendo utilizado. Repetir el ensayo hasta que se obtenga una forma
de onda y un espectro de amplitud válidos.
Amplitud relativa
Voltios
NOTA 15: La figura 6 muestra un ejemplo de resultados de ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo)
inválido. La forma de onda carece de oscilaciones periódicas y el espectro de amplitud no contiene un
pico dominante único.
Figura 6: Ejemplo de un ensayo Impacto-Eco (Impact-Echo) inválido, las formas de onda no
muestran oscilaciones periódicas y el espectro de amplitud no tiene un único pico dominante.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
22/30
14.Análisis 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 ecuación 2.
15.Interpretación de resultados
15.1. Existen errores sistemáticos en la determinación de la velocidad de onda y el
espesor de las placas de concreto debido a la naturaleza digital de las formas de
onda y los espectros de amplitud. Por eso, existe un error sistemático inherente en
los cálculos de la velocidad de la Onda-P y el espesor de las placas. El apéndice
provee derivadas de las expresiones, para errores sistemáticos máximos.
15.2. Error sistemático en Procedimiento A: El error sistemático máximo en la
velocidad calculada de la Onda-P está dado por:
Ecuación 5
Dónde:
= intervalo de muestreo, y
= Tiempo de viaje medido de la Onda-P.
15.2.1. La ecuación 5 está basada en suposiciones en las que no existe ruido
eléctrico en las formas de onda, por lo que las llegadas de las Ondas-P pueden ser
identificadas fácilmente. La figura 7 muestra un error sistemático máximo debido al
intervalo de muestreo como una función del tiempo de viaje. Reportar la velocidad de
la Onda-P calculada de acuerdo a la ecuación 3 como sigue:
Ecuación 6
"C O N T I N Ú A"
23/30
Valor absoluto de error
NTG 41017 h27
Figura 7: Error sistemático máximo debido al intervalo de muestreo como una función del
tiempo de viaje.
15.3. Error sistemático en procedimiento B: El error sistemático máximo en el espesor
calculado debido a la resolución de la frecuencia, está dado por la siguiente ecuación:
Ecuación 7
Dónde:
= 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 sistemático máximo en el espesor calculado
debido a la resolución de la frecuencia como una función de la frecuencia medida.
Una frecuencia alta corresponde a espesores bajos, y existe un menor error
sistemático en el espesor calculado a medida que el espesor disminuye.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
24/30
Figura 8: Error máximo sistemático debido al intervalo de frecuencias como una función del
espesor de frecuencia.
15.4. Error sistemático combinado: Un estimado de un error sistemático máximo
esperado en el espesor calculado que cuenta para ambas fuentes de error está dado
por la siguiente ecuación7:
√
Ecuación 8
15.5. Reporte del espesor: Reportar el espesor de la placa, el cual puede ser
calculado de acuerdo a la ecuación 2, como se describe a continuación:
Ecuación 9
16.Reporte
16.1. Reportar los parámetros de obtención de datos que fueron utilizados. Estos
incluyen el intervalo de muestreo, el rango de voltaje, la resolución de voltaje, el
número de puntos en la forma de onda, y el intervalo de frecuencia en el espectro de
amplitud.
16.2. La ubicación de cada punto de ensayo en la estructura, una descripción de la
condición de la superficie de ensayo, y si fue requerido pulir la superficie.
16.3. Para losas de cimentación de concreto, reportar el tipo de material que soporta
la losa, si se conoce.
7
Ku, H.H., “Notes on the Use of Propagation of Error Formulas,” (“Anotaciones en la Utilización de Formulas de Propagación de Error) Journal of
Research of the National Bureau of Standards—C. Engineering and Instrumentation, Vol 70C, No.4, October-December 1966.
"C O N T I N Ú A"
NTG 41017 h27
25/30
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 calibración y reportar como
los datos fueron utilizados para estimar el espesor del concreto.
17.Precisión y sesgo
17.1. La precisión y sesgo de este método de ensayo son desconocidos en este
momento. Los datos de comparación de longitudes de núcleos con espesores de
pavimento obtenidos por una versión anterior de este método son brindadas en la
referencia citada en el pie de página 3. Esa referencia indica que las diferencias en
los espesores de pavimentos por medición de núcleos y por este método de ensayo
están dentro de ±3% para espesores de pavimentos que varían entre 200 a 290 mm.
18.Palabras Clave
18.1. Placa de concreto; impacto-eco (impact-echo); ensayo no destructivo; velocidad
de Onda-P; Medición de espesor.
- Última línea-.
NTG 41017 h27
26/30
APÉNDICE
(Información no obligatoria)
X1. ERRORES SISTEMÁTICOS
X1.1 General
X1.1.1 Este método de ensayo está basado en la utilización de muestreo digital y
métodos de análisis de señales digitales. Como resultado, el dominio de tiempo de
formas de ondas y espectros de amplitud son compuestos por puntos discretos con
espaciadores unidos que dependen de los parámetros de obtención de datos. Esto
resulta en errores sistemáticos entre las medidas de tiempos de viaje o espesor de
frecuencias y sus valores reales. La siguiente sección explica cómo se determinan los
valores máximos de estos errores sistemáticos. Por estos errores sistemáticos, las
velocidades de Ondas-P y el espesor de placas obtenidas por este método de ensayo
se reportan como rangos de valores.
X1.2 Error sistemático en la velocidad de Onda-P
X1.2.1 La figura X1.1 muestra un esquema de la parte temprana de las formas de
onda (voltaje versus tiempo) obtenido desde dos transductores en el Procedimiento A.
Los círculos sólidos representan los puntos registrados por el sistema de obtención de
datos. Las líneas solidas representan los desplazamientos superficiales reales como
una función del tiempo. El tiempo de viaje es medido como la diferencia de tiempo Δt
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 Δt’. De la figura
X1.1, se pude mostrar que:
Ecuación X1.1
Ecuación X1.2
El error relativo en la velocidad de la Onda-P calculado debido a las diferencias entre
la medición y el tiempo de viaje real, puede ser obtenido como a continuación se
describe:
Ecuación X1.3
El valor máximo absoluto del error ep ocurre ya sea cuando ε1 = 0 y ε2 = δt o cuando
NTG 41017 h27
27/30
ε1 = δ t y ε2 = 0. Cuando ε1= 0 and ε2 = δt:
Ecuación X1.4
Cuando ε1 = δt y ε2 = 0:
Ecuación X1.5
Por lo tanto, el error sistemático máximo en la velocidad de una Onda-P debido al
muestreo en el dominio de tiempo es:
Ecuación X1.6
X1.2.2 La derivación anterior asume que las dos formas de onda son obtenidas por
muestreos simultáneos de dos canales. La figura X1.2 es un esquema de las formas
de onda obtenidas por un sistema de obtención de datos que muestrea
alternadamente los dos canales. Se puede mostrar que el error sistemático máximo
es el mismo que el dado por la ecuación X1.6 siempre que el intervalo de muestreo
sea el intervalo de tiempo entre los puntos adyacentes en cada una de las formas de
onda.
NTG 41017 h27
28/30
X1.3 Error sistemático en espesor debido al intervalo de frecuencia en el
espectro de amplitud
X1.3.1 La figura X1.3 es un esquema del espectro de amplitud obtenido de un ensayo
impacto-eco (impact-echo) de una placa sólida. El pico alto de amplitud corresponde
al espesor de frecuencia de la placa. Los cirulos solidos son los valores digitales
mostrados en la pantalla de la computadora, y la curva solida representa el espectro
de amplitud real. La frecuencia medida f difiere de la frecuencia real f ’. Esta diferencia
lidera a un error sistemático 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 frecuencia
medida y a la frecuencia real como a continuación se describe:
Ecuación X1.7
Dónde:
T= Espesor calculado basado en el espesor de frecuencia medido, f, y
T’= Espesor calculado basado en el espesor de frecuencia real, f ’.
El valor absoluto de la diferencia máxima entre f y f ‘ es Δf/2. Por lo tanto, el error
sistemático máximo en el espesor calculado debido al intervalo de frecuencia en el
espectro de amplitud es:
NTG 41017 h27
29/30
Ecuación X1.8
X1.3.3 La ecuación X1.8 muestra que el error sistemático en la frecuencia calculada
es reducido por medio de la reducción del intervalo de frecuencia Δf. Como se explica
en la Nota 11 de este método de ensayo, el intervalo de frecuencia es controlado por
la duración de la forma de onda, que es, la longitud registrada. Entonces, cuando se
realiza el ensayo impacto-eco (impact-echo) al espesor de una placa medida, utilizar
el registro práctico más largo en longitud. Sin embargo, la longitud del registro no
debe ser muy largo, o de lo contrario, los movimientos debido a otros modos de
placas, creados por las reflexiones de los límites laterales, pueden contribuir a la
forma de onda. Esta es la intención de las direcciones de la Nota 11.
X1.4 Error sistemático en el cálculo del espesor
X1.4.1 El espesor calculado de la velocidad de la Onda-P y la frecuencia pico incluye
dos fuentes de error sistemático. El acercamiento tomado en este método de ensayo
es obtener el error sistemático, e, de la siguiente manera:
√
Ecuación X1.9
X1.4.2 El error relativo en el espesor de las placas debido a las dos fuentes de error
sistemático es como de la siguiente manera:
NTG 41017 h27
30/30
Ecuación X1.10
Que puede ser simplificado de la siguiente manera:
Ecuación X1.11
Para valores pequeños de | |
Ecuación X1.12
Por lo tanto para tener en cuenta el error sistemático que es inherente a este método
de ensayo, reportar el espesor calculado de acuerdo a la ecuación 2 de la siguiente
manera:
Ecuación X1.13
- Fin del apéndice-.