ASTM Designación: C 597 – 83 (Reaprobada 1991)

Método de Ensayo Estándar para

VELOCIDAD DE PULSO A TRAVES DEL CONCRETO

  1. Alcance

1.1 Este método de ensayo cubre la determinación de la velocidad de propagación de pulso de ondas compresionales en el concreto. Este método de ensayo no aplica para la propagación de otras vibraciones en el concreto.

1.2 La velocidad de pulso es independiente de las dimensiones del cuerpo suministrado, ondas reflejadas desde las fronteras no complica la determinación del tiempo de llegada de los pulsos transmitidos directamente.

1.3 La velocidad de pulso V esta relacionada a las propiedades físicas de un sólido por la ecuación:

V2 = (K) E / D

Donde:

K = una constante

E = el modulo de elasticidad, y

D = la densidad

La relación es independiente de la frecuencia de las vibraciones.

1.4 Los valores establecidos en unidades SI serán considerados los estándar

1.5 Este estándar no proporciona todos los lineamientos de los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer la seguridad apropiada y practicas de salud así como determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras previas a su uso.

  1. Resumen del Método

2.1 Los pulsos de ondas compresionales son generados por un transductor electro-acústico que es mantenido en contacto con una superficie de concreto bajo prueba. Después de atravesar el concreto, los pulsos son recibidos y convertidos en energía eléctrica por un segundo transductor colocado a una distancia L del transductor transmisor. El tiempo de transito T es medido electrónicamente. La velocidad del pulso V es calculada dividiendo L entre T.

  1. Significado y Uso

3.1 Este método de prueba puede ser usado para estimar un valor de uniformidad y calidad relativa del concreto, para indicar la presencia de vacíos y grietas, para estimar la profundidad de las grietas, para indicar cambios en las propiedades del concreto y en el análisis de estructuras para estimar la severidad del deterioro o agrietamiento.

Nota 1— El contenido de humedad del concreto puede afectar la velocidad de pulso.

3.2 Los resultados obtenidos por el uso de este método de ensayo no deben ser considerados como un medio de medir la resistencia ni como una prueba adecuada para establecer compatibilidad del modulo de elasticidad del concreto elaborado en el campo con el asumido en el diseño.

Nota 2 – Cuando las circunstancias lo permitan, una relación velocidad-esfuerzo (o velocidad-modulo) puede ser establecida por la determinación de la velocidad de pulso y esfuerzo compresivo (o modulo de elasticidad) en un numero de muestras de un concreto.

Esta relación puede servir como base para estimación de esfuerzos (o modulo de elasticidad) para posteriores ensayos pulso-velocidad en ese concreto.

3.3 El procedimiento es aplicable tanto en pruebas de campo como de laboratorio sin importar el tamaño o la forma del espécimen dentro de las limitaciones de fuentes generadoras de pulso disponibles.

Nota 3 – El equipo disponible actualmente limita longitudes de aproximadamente 50mm (2 pulg) mínima y 15 m (50 pies) máxima, dependiendo en parte de la frecuencia e intensidad de la señal generada. El limite superior de la longitud de referencia depende en parte de las condiciones superficiales y en parte de las características del concreto interior bajo investigación. La longitud de referencia máxima es obtenida usando transductores de frecuencia vibratoria relativamente bajas (10 a 20 KHz) para minimizar la atenuación de la señal en el concreto. ( La frecuencia de resonancia del transductor, esto es cristales mas un revestimiento de respaldo, determina la frecuencia de vibración en el concreto). Para longitudes de referencia menores, donde la perdida de la señal no es factor gobernante es preferible usar frecuencias vibratorias de 50 KHz o más para alcanzar mediciones mas precisas del tiempo de transito y alcanzar una mayor sensibilidad.

  1. Aparatos

4.1 El aparato de prueba, mostrado esquemáticamente en la Fig.1, consiste de un generador de pulso, un par de transductores (transmisor y receptor), un amplificador, un circuito medidor de tiempo, un exhibidor de tiempo y cables conectores.

4.1.1 Generador de Pulso y Transductor Transmisor – El generador de pulso consistirá en circuitería para generar pulsos de voltaje. El transductor para transformar esos pulsos electrónicos en ondas explosivas de energía mecánica tendrá una frecuencia resonante en el rango de 10 a 150 KHz. El pulso generador deberá producir pulsos repetitivos a una tasa de no menos de 10 pulsos por segundo ni mas de 150 pulsos por segundo. El transductor deberá ser construido de material piezoeléctrico, magnetostrictivo, u otro material sensitivo al voltaje (sal de Rochelle, cuarzo, titanato de bario, zirconato-titanato (PZT), etc.), aislados para su protección. El transductor estará provisto con un medio conveniente de acoplamiento para obtener un adecuado contacto con el concreto (Nota 4). El uso de cables largos conectando los transductores al generador de pulso no debe resultar en una perdida de voltaje mayor al 0.5 %. Un pulso de encendido será producido para iniciar el circuito de medición de tiempo.

Nota 4 – Diafragmas de metal delgado pueden ser usados contra superficies planas y suaves. Diafragmas de hule distendido y un aceite de relleno bajo presión suave han sido encontrados satisfactorios en superficies rugosas.

4.1.2 Transductor Receptor y Amplificador – El transductor receptor será similar al transductor transmisor. El voltaje generado por este será amplificado tanto como sea necesario para producir pulsos disparados al circuito medidor de tiempo. El amplificador tendrá una respuesta entre 5 KHz y diez veces la frecuencia resonante del transductor receptor.

4.1.3 Circuito Medidor de Tiempo – El circuito medidor de tiempo y el pulso disparador asociado será capaz de proveer tiempo total medido con una precisión de una parte en 200 sobre su rango de tiempo especificado. Este será iniciado por un voltaje disparador desde el generador de pulso y será operado en la frecuencia de repetición del ........ El circuito medidor de tiempo proporcionará una señal de salida cuando el pulso receptor es detectado y esta señal de salida deberá ser usada para determinar el tiempo de transito reflejado en la unidad exhibidora del tiempo. El circuito medidor de tiempo no será sensitivo a la temperatura de operación y cambios de voltaje en la fuente de energía.

4.1.4 Unidad de Pantalla (Display)—Dos tipos de unidades de pantalla están disponibles. Una usa un tubo de rayos catódicos (CRT) en el cual los pulsos transmitidos y recibidos son exhibidos como deflexión de la traza con relación a un tiempo de escala establecido contador de intervalos con un exhibidor digital de lectura directa.

4.1.5 Dispositivo de Calibración – Un dispositivo de calibración será proporcionado con el propósito de verificar la propia operación del circuito medidor de tiempo.

Nota 5 – Una forma del dispositivo de calibración para unidades exhibidores de CRT consiste en un oscilador de cristal de cuarzo con una frecuencia de 100 KHz sincronizada con el circuito generador de pulso. El dispositivo de calibración a usar esta conectado al amplificador. Otro método adecuado para cualquier tipo de unidad de exhibidor, es el uso de dos o más barras de referencia para la cual el tiempo de transito es exactamente mostrado.

4.1.6 Donde las medidas de velocidad de pulso, en estructuras largas, requiere el uso de cables de interconexión largos, se usará el cable de tipo coaxial de baja capacidad, protegido.

  1. Muestreo

5.1 Para mejores resultados, los transductores estarán localizados directamente opuestos a cada uno de los otros. Sin embargo, porque el ancho efectivo de las vigas de los transductores es grande, los tiempos de transito pueden ser medidos en las esquinas de la estructura, pero con alguna pérdida de sensitividad y precisión. Medidas a lo largo de la misma superficie no pueden ser usadas a menos que solamente una cara sea accesible, desde la cual las medidas son indicativas solamente de las capas superficiales. Donde sea posible, serán evitadas las medidas en proximidades cerradas, acero paralelo a la dirección de propagación del pulso.

Nota 6 – Puesto que la velocidad de pulso en el acero puede ser arriba del doble que en el concreto, las medidas de velocidad de pulso en la vecindad del acero en concreto reforzado, puede ser mayor que en concreto no reforzado de la misma composición.

  1. Procedimiento

6.1 Determinación de la Corrección de Calibración:

6.1.1 Verifique la precisión del tiempo de transmisión contra el dispositivo de calibración (sección 4.1.5). La diferencia entre las lecturas tomadas en el dispositivo de calibración y la constante del dispositivo-calibrador es la corrección de calibración, la cual puede ser incluida en la determinación del tiempo de transito (sección 6.3). Verificar la calibración sobre un rango de tiempo de transito que incluye los tiempos de transito anticipado.

6.2 Determinación de la Corrección Cero:

6.2.1 Aplique corrección de tiempo cero a los tiempos de transito medido. La corrección cero es igual al tiempo de viaje entre los transductores, transmisor y receptor, con cero espesor de concreto entre los dos. Mida esto directamente, mediante presión a los dos transductores juntos, usando un agente de acoplamiento y aplicando la misma presión usada en la medición actual y mida el tiempo de transito. Las unidades de exhibidor digital pueden ser preferibles para hacer ajuste cero, por acople de los transductores en los extremos opuestos de una barra de referencia para la cual el tiempo de transito es exactamente conocido.

Nota 7 – Para unidades de pantalla digital, el procedimiento descrito a grandes rasgos en la sección 6.2 será hecho antes del procedimiento descrito en la sección 6.1.

6.3 Determinación del Tiempo de Transito:

6.3.1 Aplique un apropiado agente de acoplamiento (tales como agua, aceite, vaselina, grasa u otros materiales viscosos) a los diafragmas transductores, a la superficie de ensayo o ambos, para evitar atrapar aire entre la superficie de contacto de los diafragmas de los transductores y la superficie de concreto. Presionar las caras de los transductores sobre las superficies del concreto asegurando buen contacto entre los dos y medir el tiempo de transito (Nota 8). Mídase la distancia mas corta por camino directo entre los centros de los diafragmas.

Nota 8 – La repetición de las medidas será hecha en la misma localización para minimizar la lectura de errores debido a contactos pobres.

  1. Cálculos

7.1 Calcule la velocidad de pulso como sigue:

V = L / T

Donde:

V = velocidad de pulso (m/s o pies/s)

L = distancia entre transductores (m o pies)

T = tiempo de transito efectivo, (s) tiempo medido menos cero tiempo de corrección y corregido para errores de calibración

  1. Informe

8.1 El informe consistirá en al menos lo siguiente:

8.1.1 Localización del ensayo o identificación del espécimen

8.1.2 Distancia entre transductores, establecidos para mayor precisión en 0.5%

8.1.3 Tiempo de transito

8.1.4 Localización de los transductores

8.1.5 Tiempo de transito efectivo, establecido para mayor precisión en 0.5%

8.1.6 Velocidad de pulso

  1. Precisión y Desviación

9.1 Precisión

9.1.1 La cantidad medida por este método de ensayo es el tiempo de transito de una onda compresional pasando a través del concreto. La propiedad usualmente reportada es la velocidad con la cual las ondas viajan a través del concreto. La exactitud de la medida depende de la capacidad del equipo y de la habilidad del operador para determinar precisamente la distancia entre transductores y el tiempo de arribo de la onda al receptor. La deformación de la señal receptora es afectada por la longitud de viaje mas corta (directa) y por la presencia y grado de agrietamiento o deterioro en el concreto ensayado.

9.1.2 Los ensayos involucran tres instrumentos de prueba y cinco operadores que tienen indicado que para longitudes directas de 0.3 a 6m (1 a 20 pies) a través del concreto sondeado, diferentes operadores usando el mismo instrumento o un operador usando diferentes instrumentos logrará repetitividad de los resultados del ensayo dentro del 2 %. Para longitudes largas por camino directo a través del concreto sondeado, con la atenuación de la señal decrecerá la repetitividad absoluta de la medida del tiempo de transito, pero el tiempo de transito largo involucrado resultará en un cálculo de la velocidad teniendo el mismo orden de precisión.

9.1.3 En el caso de ensayos a través de concreto malamente agrietado o deteriorado, la variación de los resultados son incrementados sustancialmente. La atenuación es afectada por la naturaleza del deterioro y la frecuencia resonante de los transductores. Diferencias entre operadores o instrumentos pueden resultar en diferencias en resultados de los ensayos, tan grande como 20 %. En algunos casos, sin embargo, las velocidades calculadas serán suficientemente bajas como indica claramente la presencia de distress en el concreto ensayado.

9.2 Desviación:

9.2.1 Ninguna esta siendo mencionada concerniente a desviación de este estándar.

  1. Palabras Clave

10.1 concreto; ensayo no destructivo; velocidad de pulso.

Referencia: Annual Book of ASTM Standard 1995

Volume 04.02 Concrete and Aggregates